DE102014019172A1

DE102014019172A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Unterscheidung von festen Objekten, Kochdunst und Rauch mit einem kompensierenden optischen Messsystem

Info

Publication number: DE102014019172A1
Application number: DE102014019172.9A
Authority: DE
Inventors: Patrick von Poblitzki
Original assignee: Elmos Semiconductor SE
Current assignee: Elmos Semiconductor SE
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-06-23
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: DE102014019172B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät, insbesondere ein Mobiltelefon oder eine Dunstabzugshaube, mit einem Luftgütesensor bzw. diesen Luftgütesensor selbst, der selbst das besagte elektronische Gerät sein kann. Der Luftgütesensor weist wiederum einem optischen Sensor auf, der die optischen Eigenschaften einer optischen Übertragungsstrecke (I1, I2) und/oder von Objekten in dieser Übertragungsstrecke (I1, I2) in Form mindestens eines Messwertes erfasst. Er besitzt ein Gehäuse, das beispielsweise auch das Gehäuse eines Mobiltelefons sein kann, und einem Kommunikationsschaltkreis, um Daten zu anderen elektronischen Geräten zu übertragen. Dabei sind mit diesen Daten unter anderem Messwerte insbesondere der Luftgüte und/oder Bewertungen dieser Messwerte, z. B. Klassifikationen als Rauch, Kochdunst oder fester Körper gemeint. Das besondere der Erfindung ist, dass die optische Übertragungsstrecke (I1, I2) als Messstrecke zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses verläuft. Der optische Sensor umfasst dabei eine Vorrichtung zur Fremdlichtkompensation. Alternativ kann auch das elektronische Gerät und/oder ein Teil desselben ein Verfahren zur Fremdlichtkompensation durchführen. Dabei ist der besagte Luftgütesensor dazu bestimmt, Aerosolwolken außerhalb des Gerätes zu detektieren.

Description

Einleitung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für einen kammerlosen Luftzustandssensor, insbesondere für einen kammerlosen Rauch- und/oder Dunst- und/oder Aerosol- und/oder Staub- und/oder Partikelsensor, der für die Verwendung in mobilen elektronischen Geräten besonders geeignet ist. Ganz besonders steht die Nutzung als Gefahrenmelder und zwar insbesondere als Rauchmelder im Vordergrund.
Luftzustandssensoren werden insbesondere als Rauch- und/oder Dunst- und/oder Aerosol- und/oder Staub- und/oder Partikelmelder und/oder Melder sonstiger Belastungen der Raumluft eingesetzt. In dem folgenden Text kann daher der Begriff Luftzustandssensor stets auch als einer dieser Meldertypen gelesen werden. Dabei kann es sich um einen ortsfesten und/oder mobilen Luftzustandssensor handeln.
Aus der Patentliteratur sind zahlreiche Brand und Flammenmelder bekannt. Die folgende, nicht vollständige Liste gibt einen groben Überblick:
WO2014022525A3 , EP2624229A1 , EP2624228A2 , DE 20 2012 008 716 U1 , EP2500883A2 , EP2402920A2 , EP2348495A1 , DE 10 2009 047 358 A1 , WO2011141730A1 , DE 10 2009 046 556 A1 , EP2270762A2 , JP2010073025A , US2010073926A1 , EP2472486A1 , US8106784B2 , JP2009211327A , EP2093734A1 , EP2093732A1 , EP2252984A1 , EP1870866A1 , KR100741784B1 , EP1783712A1 , EP1709606A1 , EP1883911A2 , EP1687786A2 , EP1683123A1 , WO2005043479A1 , EP1683124A1 , DE 10 2004 002 591 A1 , US2004080321A1 , EP1552489B1 , EP1376504A1 , EP1376505A1 , EP1664751A1 , US6545608B1 , EP1298615B1 , EP1298617B1 , EP1282092B1 , EP1573696A1 , EP1783711A1 , EP1258848B1 , US2002089426A1 , US2002153499A1 , EP1247267A1 , US2001020899A1 , US2001038338A1 , US2002060632A1 , US2005057366A1 , EP1087352A1 , DE10054111A1 , EP1049061B1 , EP1049061B2 , EP1261953A1 , DE19808872A1 , DE19733375A1 , JPH10154283A , US5751218A , JPH10111988A , JPH10116396A , JPH09231483A , JP4625046B2 , JP4714759B2 , JP3451510B2 , US5625342A , EP1012587A1 , JPH08305978A , US5568130A , US5563766A , DE29609124U1 , JP3035458B2 , WO9705586A1 , EP0658264A1 , US5333418A , JPH06111154A , GB2286667A , EP0616305A1 , EP0582975A1 , EP0570431A1 , EP0475884A1 , EP0474860A1 , US5019805A , EP0423489A1 , DE4018781A1 , EP0399244B1 , DE3904979A1 , US4906978A , EP0299410B1 , US4758827A , US4839527A , EP0233754B1 , US4786811A , US4672217A , US4667106A , EP0175940A1 , US4547673A , US4529976A , DE3341781A1 , US4638304A , EP0143976A1 , EP0127645A1 , EP0120881A1 , GB2137390B , EP0141162B1 , US4387369A , US4430646A , JPS6024996B2 , EP0030621A1 , US4250500A , JPS55166794A , US4225860A , EP0016351A1 , US4401978A , US4300133A , EP0014251A1 , EP0014874B1 , EP0041952B1 , US4205306A , US4226533A , US4300099A , DE2908099A1 , DE2908100A1 , US4233594A , DE2946507A1 , DE7823178U1 , DE2846384A1 , DE2752690A1 , US4134111A , US4131888A , DE2714450A1 , US4114088A , DE2709487A1 , DE2703233A1 , DE2619083A1 , DE2619082A1 , DE2630572A1 , US3987423A , DE2604872A1 , US3949390A , DE2541290A1 , US3919702A , US3909815A , DE2454196A1 , DE2452839A1 , DE2519267A1 , DE2615412A1 , DE2453061A1 , DE2358706A1 , DE2453062A1 , DE2700906A1 , US3842409A , DE2413162A1 , CH554571A , DE2408374A1 , CH550445A , US3805066A , US3999079A , DE2402493A1 , DE2346249A1 , US3754219A , AU472425B2 , DE2310490A1 , US3728706A , FR2108895B1 , DE2130889A1 , DE1952891A1 , DE2023953A1 , US3430220A , US3262106A , US3246312A , US3470551A , DE1798135U , US2209193A , US2351587A
Allen diesen Meldern, sofern sie als Rauch- und/oder Dunst- und/oder Aerosol- und/oder Staub- und/oder Partikelmelder fungieren, ist gemeinsam, dass sie über eine Rauchkammer verfügen, die den eigentlichen inneren Messbereich und eine Rauchdiffusionsstrecke umfasst. Die Rauchdiffusionsstrecke hat dabei die Aufgabe, den Rauch in das innere der Messvorrichtung zu leiten, ohne Licht und oder andere Störgrößen in das Innere des Melders zu lassen. Gleichzeitig stellt sie ein lichtabgeschirmtes Messvolumen zur Verfügung. Die Rauchkammer bildet aber einen ästhetischen und architektonischen Nachteil, da es notwendig ist, dass diese Kammer bei ortsfester Montierung aus der Zimmerdecke hervorspringt.
Darüber hinaus ist es für die Systeme aus dem Stand der Technik schwierig, Rauch, Dunst und Partikel korrekt zu unterscheiden. Dies ist insbesondere an solchen Arbeitsplätzen schwierig, an denen solche Belastungen der Luft naturgegeben vorkommen.
Schließlich führt die Rauchdiffusionsstrecke zu einer Totzeit, in der der Raum sich bereits mit Rauch füllt und der Melder noch nicht ansprechen kann, da die Rauchkammer noch nicht mit Rauch gefüllt ist.
Die her vorgestellte Erfindung basiert zu wesentlichen Teilen auf der Halios^®-Technologie.
Ein besonderes Verfahren ist dabei das Halios^®-IRDM Verfahren, das insbesondere in folgenden Schutzrechten und Anmeldungen offengelegt ist:
EP1913420B1 , DE 10 2007 005 187 B4 , DE 10 2005 045 993 B4 , DE 10 2012 024 597.1 , DE 10 2013 013 664.4 , EP12156720.0 , EP14161553.4 , EP14161556.7 , EP14161559.1 , EP1979764B8 , EP1979764B1 , WO2008092611A
Beim Halios^®-IRDM-Verfahren wird ein Lichtpuls ausgesendet und dessen Lichtlaufzeit ermittelt.
Es handelt sich um eine Spezialform, des allgemeineren HALIOS^®-Verfahrens, das beispielsweise aus den folgenden Offenbarungen bekannt ist:
EP2016480B1 , EP2598908A1 , WO2013113456A1 , EP2594023A1 , EP2653885A1 , EP2405283B1 , EP2602635B1 , EP1671160B1 , EP2016480B1 , WO2013037465A1 , EP1901947B1 , US20120326958A1 , EP1747484B1 , EP2107550A3 , EP1723446B1 , EP1435509B1 , EP1410507B1 , EP801726B1 , EP1435509B1 , EP1269629B1 , EP1258084B1 , EP801726B1 , EP1480015A1 , EP1410507B1 , DE 10 2005 045 993 B4 , DE4339574C2 , DE4411770C1 , DE4411773C2 , WO2013083346A1 , EP2679982A1 , WO2013076079A1 , WO2013156557A1 ,
Folgende Anmeldungen betreffen ebenfalls Halios^®-Systeme:
EP12199090.7 , EP12199090.7 , PCT/EP2013/077749 , DE 10 2014 002 194.7 , DE 10 2014 002 788.0 , DE 10 2014 002 486.5
Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, dass

• ein Sender (H), der von einem Sendesignal (S5) gespeist wird, in eine erste Übertragungsstrecke (I1) einspeist und
• diese (I1) an einem zu vermessenden Objekt (O) endet, das das Licht des Senders (H) reflektiert und/oder transmitteiert und
• in als optisches Objektsignal eine zweite Übertragungsstrecke (I2) einspeist, die an einem Empfänger (D) endet und
• und ein Kompensationssender (K), der durch ein Kompensationssendesignal (S3) gespeist wird, in eine dritte Übertragungsstrecke (I3) ein optisches Kompensationslichtsignal, das ebenfalls an dem Empfänger (D) endet, einspeist und
• dass sich das Objektsignal und das Kompensationslichtsignal im Empfänger (D) überlagern, wobei aus dem Stand der Technik lineare und multiplizierende Überlagerungen bekannt sind, und
• dass das so durch Überlagerung erhaltene Gesamtlichtsignal durch den Empfänger (D) in ein Empfängerausgangssignal (S1) gewandelt wird und
• dass auf Basis dieses Empfängerausgangssignals (S1) zumindest ein Regler (CT) nun das Sendesignal (S5) und/oder das Kompensationssignal (S3), insbesondere in ihrer Amplitude, so ausregelt, dass zumindest für einen bestimmten Signalanteil eines Sendesignals (S5) und/oder Kompensationssendesignals (S3) die relevanten Signalanteile des Sendesignals (S5) und/oder Kompensationssendesignals (S3) im Empfängerausgangssignal (S1) verschwinden.

Hierzu sei auf die oben aufgeführte Patentliteratur verwiesen.
Ein Halios^®-IRDM-System zeichnet sich dabei zusätzlich dadurch aus,

• dass dabei nicht nur die Amplitude eines Kompensationssignals (S3) und/oder die Amplitude eines Sendesignals (S3) durch den Regler (CT) geregelt wird,
• sondern auch die Phase dieser beiden Signale gegeneinander und/oder die Verzögerung zumindest der relevanten Signalanteile dieser beiden Signale gegeneinander geregelt wird.

Eine Verzögerungsregelung wird im Gegensatz zur Phasenregelung dabei vorzugsweise dann eingesetzt, wenn das Sendesignal (S5) nicht monofrequent sondern bandbegrenzt ist.
Ganz wesentlich ist nun das Bedürfnis, einen kompakten und preiswerten Melder der Luftgüte mittels eines sehr kompakten Luftgütesensors aufbauen zu können, der in ein mobiles Gerät eingebaut werden kann.
Zwar offenbart bereits die US20140340216A1 einen Rauchmelder für mobile elektronische Geräte. Die US20140340216A1 offenbart aber beispielsweise in deren 2 einen Rauchmelder, der wieder entsprechend dem Stand der Technik einer Rauchkammer bedarf. Da der Bauraum in mobilen Geräten wie Mobiltelefonen, Smartphones, Tablet-PCs, elektronische Uhren und Pulsmessern, Laptops und ähnlichen Geräten aber typischerweise sehr begrenzt ist und ein wesentliches generelles Selektionsmerkmal für verwendbare Technologien in solchen Geräten ist, muss die Größe der Rauchkammer so klein sein, dass entweder kein zuverlässiges Signal erhalten wird oder die Charakterisierung des Signals beispielsweise eines Rauchsensors in einem solchen Gerät mit solchen Unsicherheiten verbunden ist, dass keine zuverlässige Alarmierung möglich ist. Kurz gesagt: Die in der US20140340216A1 offenbarte technische Lehre ist nicht funktionstüchtig und birgt mangels Zuverlässigkeit die Gefahr von Fehlalarmen und der Bindung von Rettungskräften in solchen Fehlalarmen, die an anderer Stelle dringend gebraucht werden. Außerdem würde ein derartig unzuverlässiges elektronisches Gerät als Rauchmelder den Nutzer in einer Sicherheit wiegen, die dann aber nicht in dem notwendigen Umfang besteht. Eine Verwendung der Technik entsprechend der US20140340216A1 für den einzusetzenden Rauchmelder lässt nach heutigem Stand der Technik also ehr mehr Schaden als Nutzen erwarten. Dem abzuhelfen ist die Kernaufgabe dieser Erfindung.
Eine solcher Luftgütesensor, der die oben beschriebenen Probleme löst, kann selbstverständlich in anderen mobilen und stationären Geräten, wie Dunstabzugshauben, Kücheneinrichtungen, intelligenten Kochtöpfen, Backöfen, Mikrowellenherden, Toastern, Elektrogrills und anderen Wärme entwickelnden Küchengeräten und anderen solchen Geräten eingesetzt werden.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein zuverlässiges Verfahren anzugeben und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die das Messvolumen gegenüber dem möglichen Messvolumen der US20140340216A1 signifikant vergrößert und das Risiko von Fehlalarmen reduziert. Weiter muss die Messeinrichtung möglichst kompakt und mit wenigen Bauteilen realisierbar sein und möglichst wenig Bauraum beanspruchen. Gleichzeitig kann eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren auch für andere Zwecke eingesetzt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung... nach Anspruch...
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung basiert unter anderem auf den technischen Lehren der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen DE 10 2014 009 641.6 und DE 10 2014 009 642.4 die als Kopie diesem Antrag beigefügt sind und vollumfänglich Teil dieser Offenbarung sind. Darüber hinaus nutzt sie die technischen Lehren der zuvor erwähnten und aufgelisteten Schriften, die ebenfalls in Kombination mit den hier offenbarten Verfahren und Vorrichtungen Teil dieser Offenbarung sind.
In den Schriften DE 10 2014 009 641.6 und DE 10 2014 009 642.4 wird bereits die Idee einer im Freiraum verlaufenden Messtrecke für einen Luftzustandssensor offenbart. Dieser Schritt ermöglicht es, das zuvor störende kleine Messvolumen bei mobilen Geräten, das die Funktionstüchtigkeit der US20140340216A1 leider verhindert, zu vermeiden.
Im Gegensatz zu den beiden besagten unveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen DE 10 2014 009 641.6 und DE 10 2014 009 642.4 offenbart die hier vorgelegte Schrift darüber hinaus eine weitere Vereinfachung des Aufbaus, so dass die Herstellungskosten nochmals reduziert werden können.
Bei den Methoden, die in den unveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen DE 10 2014 009 641.6 und DE 10 2014 009 642.4 beschrieben werden und bei denen es sich um Halios^®-Systeme handelt, wird zum einen die Lichtlaufzeit von einem Sender (H) zu einem Empfänger (D), also der mittlere Abstand zum Boden oder zu einer Aerosolwolke, und zum anderen die Reflexionsamplitude ausgewertet. Werden Sender (H) mit unterschiedlicher Schwerpunktswellenlänge (λ_S) verwendet, so kann auf ein grobgerastertes Reflexionsspektrum geschlossen werden, dass zur Unterscheidung zwischen Gegenständen, Kochdunst und Rauch verwendet werden kann.
Aus den besagten deutschen Patentanmeldungen DE 10 2014 009 641.6 und DE 10 2014 009 642.4 ist bekannt, dass es günstig ist, aus den Amplituden- und Verzögerungsmesswerten der verschiedenen Kanäle mit unterschiedlicher Schwerpunktswellenlänge (λ_S) der jeweiligen kanalspezifischen Sender/Empfänger Kombinationen einen sogenannten Feature-Vektor abzuleiten und diesen dann beispielsweise mittels eines HMM-Erkennungsverfahrens, dass typischerweise durch einen Prozessor durchgeführt wird, mit vordefinierten Prototypen zu vergleichen. Aufgrund der größten Ähnlichkeit wählt das System dann den wahrscheinlichsten Zustand aus und/oder prognostiziert die wahrscheinliche Entwicklung.
Der Nachteil dieser Methoden ist, dass für die Erzielung einer Empfindlichkeit bei mehreren Schwerpunktswellenlängen (λ_S) in der Regel mehr als eine Kompensationssendediode (K) und mehrere Sendedioden (H) für ein funktionierendes System benötigt werden, was das System verteuert.
Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass es im Gegensatz zu den beiden deutschen Patentanmeldungen DE 10 2014 009 641.6 und DE 10 2014 009 642.4 eben nicht notwendig ist, mehr als eine Sendediode (H) und eine Kompensationsdiode (K) bzw. mehr als einen Sender (H) und einen Kompensationssender (K) zu verwenden. Hierzu wird erfindungsgemäß das zeitliche Messsignal des optischen Sensors, hier ein Halios^®-System, zeitlich diskret abgetastet und die so erhaltene zeitliche Sequenz von Halios^®-Messwerten einer Transformation in einer Transformationseinheit oder Steuerung (ST) unterzogen. Natürlich kann das hier beschriebene System mit denen der beiden deutschen Patentanmeldungen DE 10 2014 009 641.6 und DE 10 2014 009 642.4 kombiniert werden.
Ziel dieser Transformation ist es, im Rahmen der Feature-Extraktion, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2014 009 642.4 (siehe 8 derselben und das dortige Bezugszeichen FE) beschrieben ist, einen aussagekräftigeren Feature-Vektor zu erhalten, der schon mit einem Halios^®-Messkanal eine Unterscheidung von Stoffen ermöglicht.
Erfindungsgemäß wurde nämlich als Problem einer Verlagerung des Messvolumens außerhalb des elektronischen Gerätes erkannt, dass ein solches System auch in der Lage sein muss, zwischen Gegenständen und Aerosolen zu unterscheiden. Es ist beispielsweise bei der Montage eines solchen Sensors in ein Mobiltelefon als Betriebsort eines solchen Luftgütesensors denkbar, dass der Luftzustandssensor durch einen Gegenstand, beispielsweise ein Stück Papier oder ein Finger abgedeckt wird, ohne dass ein gleichzeitig im Gerät vorhandener Proximity-Sensor dies detektiert. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass das zeitliche Verhalten des jeweiligen Halios^®-Signals von der Art des Objekts (O) in der Messstrecke (I1, I2) abhängt. Dieses zeitlich unterschiedliche Verhalten der Bewertung durch das Zustandserkennungssystem zugänglich zu machen, ist die Aufgabe der besagten Transformation. Die durch die Transformation erhaltenen Werte gehen in den zur Bewertung anstehenden Feature-Vektor ein.
Verschiedene Transformationen sind aus der Mathematik bekannt, die von der Transformationseinheit oder einer Steuerung (ST) durchgeführt werden können.
Die sind beispielsweise die Fourier-Transformation, die Hankel-Transformation, die Hilbert-Transformation, die Kosinus-Transformation, die Kurzzeit-Fourier-Transformation, die Laplace-Transformation, die Mellin-Transformation, die Sinus-Transformation, die Radon-Transformation, die Wavelet-Transformation und die zweiseitige Laplace-Transformation und die Z-Transformation.
Neben diesen kontinuierlichen Transformationen kommen in der Regel jedoch eher die diskreten Transformationen für eine Bearbeitung des Halios^®-Ausgangssignals in Frage. Dies sind beispielsweise der Bluestein-FFT-Algorithmus, die diskrete Fourier-Transformation (DFT), die diskrete Kosinustransformation (DCT), die diskrete Sinustransformation (DST), die Fourier-Transformation für zeitdiskrete Signale, die modifizierte diskrete Kosinus-Transformation (MDCT), die schnelle Fourier-Transformation (FFT), die diskrete Hartley-Transformation (DHT), die Hadamard-Transformation, die schnelle Wavelet-Transformation, die Wavelet-Paket-Transformation und die Z-Transformation.
Im Folgenden wird die Anwendung der diskreten Fourier-Transformation beschrieben. Dem Fachmann wird aber offenbar sein, dass ähnliche Ergebnisse mit anderen Vor- und Nachteilen auch mit den anderen vorgenannten Transformationen mit anderen Randbedingungen erzielbar sind, so dass dies hier nicht weiter ausgeführt zu werden braucht.
Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass die durch eine Fourier-Transformation erhaltenen Messwertsignalspektren des jeweiligen Halios^®-Messwertsignals je nach Art des Objektes (O) abweichen. Hierzu sei auf die folgenden Figuren verwiesen.
Es wurde beobachtet, dass Wasserdampf ein Halios^®-Signal erzeugt, dass einem weißen Rauschen entspricht. In dem Messwertsignalspektrum von Wasserdampf dominieren keine Frequenzen. Ähnlich verhält es sich mit Rauch.
Bewegt sich ein fester Gegenstand vor dem Halios^®-System, so entstehen dominante Peaks höherer Amplitude.
Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten beispielhaften Figuren erläutert.
Maßgeblich für den beanspruchten Umfang sind die Ansprüche.
1 zeigt die geplante Nutzungssituation. Die Rauchwolke (SM) befindet sich oberhalb des elektronischen Gerätes, hier eines Mobiltelefons (MP), mit dem Sender (H). In dem Gehäuse des elektronischen Gerätes, hier des Mobiltelefons (MP), ist eine erste Öffnung (O1) für den Austritt des Lichts des Senders (H) in den Messraum oberhalb des Mobiltelefons (MP) als beispielhaftes elektronisches Gerät angebracht. Natürlich sind auch andere elektronische Geräte mit mehr oder weniger Sendern (H) und entsprechenden ersten Öffnungen (O1) denkbar. Das Licht des Senders (H) wird somit in eine erste Übertragungsstrecke (I1) eingestrahlt, die praktisch der Abstrahlkeule des Senders (H) gleichkommt. Die Partikel in der Rauch- oder Aerosolwolke (SM) reflektieren nun das Licht des Senders (H). Einige streuen das Licht nun in einem geeigneten Winkel (α) so zurück, dass das an der Rauch- oder Aerosolwolke (SM) zurück gestreute Licht des Senders (H) auf den Empfänger (D) fällt. Dabei muss es typischerweise eine zweite Öffnung (O2) im elektronischen Gerät, hier ein Mobiltelefon (MP), passieren. Natürlich sind auch hier wieder Geräte mit mehr als einer zweiten Öffnung (O2) und mehr als einem Empfänger (D) denkbar. Auf die oben erwähnte Literatur sei in diesem Zusammenhang verwiesen. Dabei streut die Rauchwolke (SM) das Licht des Senders (H) im Mittel an einem mittleren Streupunkt (AR) in eine zweite Übertragungstrecke (I2) zurück, die an dem Empfänger (D) endet. Ist keine Rauchwolke (SM) vorhanden, so wird das Licht wesentlich später zurückgestreut. Aufgrund des Huygenschen Prinzips nimmt dabei zum einen die Laufzeit des Lichts zu und zum anderen die erfolgreich zurückgestreute Amplitude des in den Empfänger (D) rückgestreuten Lichts ab. Die dementsprechende erste Übertragungsstrecke (I1') und die dementsprechende zweite Übertragungsstrecke (I2') sind ohne die Rauchwolke (SM) typischerweise länger.
2 zeigt einen Halios^®-Regler entsprechend dem Stand der Technik, wie er für die erfindungsgemäße Vorrichtung genutzt werden kann. Das Empfängerausgangssignal (S1) wird in einer ersten Multiplikationseinheit (M1) mit dem Sendesignal (S5) multipliziert. Dadurch werden niederfrequente Störer zu höheren Frequenzen hin verschoben. Das Nutzsignal selbst findet sich im Spektrum dann typischerweise im Bereich von 0 Hz wieder. Aus der Literatur ist an dieser Stelle auch die Verwendung von Zwischenfrequenzen bekannt. Es wird auf diese Weise ein Filtereingangssignal (S8) gebildet. Dieses wird in dem nachfolgenden ersten, typischerweise linearen Filter (F1) so gefiltert, dass das sich ergebende Filterausgangssignal (S9) typischerweise keine Anteile des Sendesignals (S5) mehr aufweist. Vorzugsweise ist es ein Gleichsignal. Da es sich bei dem ersten Filter (F1) typischerweise um einen Tiefpassfilter handelt, weist dieser eine obere Filtergrenzfrequenz (ω_g) auf. Diese wird vorzugsweise so gewählt, dass sie kleiner ist, als die halbe Frequenzbandbreite (Δω) des Sendesignals (S5). Mit diesem Sendesignal (S5) wird im Übrigen der Sender (H) gesteuert. Im einfachsten Fall ist der erste Filter (F1) ein Integrator. In dem Fall bildet die Kombination aus erster Multiplikationseinheit (M1) und erstem Filter (F1) ein Skalar-Produkt zwischen dem Sendesignal (S5) und dem Empfängerausgangssignal (S1). Das Filterausgangssignal (S9) ist dann ein Maß, inwieweit noch Anteile des Sendesignals (S5) im Empfängerausgangssignal (S1) enthalten sind. Für eine gute Linearisierung des Gesamtregelverhaltens wird nun vorzugsweise mit Hilfe eines Verstärkers (V1) das Filterausgangssignal (S9) zum Verstärkerausgangssignal (S4) signifikant verstärkt. Dieses Verstärkerausgangssignal (S4) ist typischerweise gleichzeitig das Messwertsignal, das den Messwert für die Dämpfung in der Übertragungsstrecke bestehend aus erster Übertragungsstrecke (I1), Objekt (O) oder Rauch (SM) und zweiter Übertragungsstrecke (I2) darstellt. Diese Hintransformation durch die Skalar-Produktbildung zwischen dem Sendesignal (S5) und dem Empfängerausgangssignal (S1) in den Signalraum des Sendesignals (S5) kann nun rückgängig gemacht werden. Hierzu wird das Verstärkerausgangssignal (S4) mit einer zweiten Multiplikationseinheit (M2) und dem Sendesignal (S5) wieder multipliziert. Hierbei entsteht ein Kompensationsvorsignal (S6). Dieses Kompensationsvorsignal (S6) ist bezogen auf einen konstanten Multiplikationsfaktor, der typischerweise negativ ist, dem Anteil des Sendesignals (S5) im Empfängerausgangssignal (S1) typischerweise proportional. Ist der Kompensationssender (K) beispielsweise eine LED, so ist es notwendig, dass das Kompensationssendesignal (S3) gegenüber dem Kompensationssendevorsignal (S6) mit einem Offset (B1) in einem Addierer versehen wird. In dem Beispiel sind alle diese Vorrichtungsteile in einem Regler (CT) zusammengefasst sind. Am Anschluss (a) wird das Sendesignal (S5) in den Regler (CT) eingespeist. Am Anschluss (b) wird das Empfängerausgangssignal (S1) eingespeist. Am Anschluss (d) wird das Messwertsignal, das Verstärkerausgangssignal (S4), ausgegeben. Am Anschluss (e) wird das Kompensationssendesignal (S3) aus dem Regler (CT) ausgegeben.
3 zeigt einen komplexeren Regler (CT) aus dem Stand der Technik. Im Gegensatz zu dem Regler (CT) der 2 regelt dieser Regler (CT) auch die Verzögerung des Sendesignals bei der Passage der Übertragungsstrecke bestehend aus einer ersten Übertragungsstrecke (I1), der Reflektion des Objekts (O) und einer zweiten Übertragungsstrecke (I2) aus. Hierzu bildet er beispielsweise aus dem Sendesignal (S5) mittels einer Verzögerungseinheit (Δt1) ein verzögertes Sendesignal (S5d). Aus diesem verzögerten Sendesignal (S5d) und dem Sendesignal (S5) bildet eine Orthogonalisierungseinheit (ORT) die beiden beispielhaften, zueinander orthogonalen Analysesignale (S5o1 und S5o2). Hierbei bedeutet orthogonal, dass die Multiplikation dieser orthogonalen Analysesignale miteinander und die anschließende Filterung in dem beschriebenen ersten Filter (F1) Null ergibt. Wie zuvor wird je ein Skalar-Produkt zwischen dem Empfängerausgangssignal (S1) und dem jeweiligen orthogonalen Analysesignal (S5o1 und S5o2) gebildet. Hierdurch werden zwei Verstärkerausgangssignale (S4, S4d) gebildet. Bei geeigneter Wahl des ersten orthogonalen Analysesignals (S5o1) erhält man nach Rücktransformation mit dem zweiten Multiplizierer (M2) und dem Sendesignal (S5) wieder das besagte Kompensationsvorsignal, das hier aber als nicht phasenkompensiertes Kompensationsvorsignal (S6v) noch zeitlich verzögert werden muss. Dies geschieht in einer zweiten Verzögerungseinheit (Δt2) in Abhängigkeit von dem Verzögerungsmesswertsignal (S4d). Die weitere Behandlung erfolgt analog zur 2.
4 zeigt schematisch beispielhafte Sende- und Analysesignale.
5 zeigt ein schematisiertes Gesamtsystem für ein einfaches Halios^®-Messsystem mit Halios^® IRDM-Eigenschaften (siehe Literaturliste in der Einleitung). Der Signalgenerator (G1) erzeugt das Sendesignal (S5). Dieses Sendesignal (S5) wird genutzt, um mit einem Senderoffset (BH) versehen den Sender (H) zu betreiben. Der Sender (H) sendet in die bereits beschriebene und hier vereinfacht dargestellte Übertragungsstrecke bestehen aus der ersten Übertragungsstrecke (I1) und der zweiten Übertragungsstrecke (I2) hinein. Das Objekt (O) ist dabei Teil der Übertragungsstrecke (I1, I2) und zur besseren Übersicht nicht eingezeichnet. Der Empfänger (D) am anderen Ende der Übertragungsstrecke (I1&I2) wandelt das Signal aus der Übertragungsstrecke in ein Empfängerausgangssignal (S1) um. Der Regler (CT) entsprechend 1 erzeugt nun aus dem Empfängerausgangssignal (S1) mit Hilfe des Sendesignals (S5) das Kompensationssendesignal (S3), das den Kompensationssender (K) steuert, der über typischerweise eine dritte Übertragungsstrecke (I3) mit vorbekannten Eigenschaften typischerweise linear überlagernd ebenfalls in den Empfänger (D) einstrahlt. Der Regler (CT) gibt zwei Messwertsignal (S4 und S4d) aus. Diese werden von der erfindungsgemäßen Steuerung (ST) ausgewertet. Die Steuerung ist vorzugsweise mit einem Prozessor, beispielsweise mit einem Signalprozessor, ausgestattet und kommuniziert über eine Schnittstelle (IF), die drahtlos und/oder drahtgebunden über einen Datenbus (DB) sein kann, mit der Außenwelt.
6a stellt den zeitlichen Verlauf des Halios^®-Ausgangssignals (S4) dar, wenn das System keine Reflektion misst.
6b stellt die Fourier-Transformierte des Signals (S4) aus 6a nach Fourier-Transformation durch die Steuerung (ST) dar. Im Bereich von 0 Hz ergibt sich näherungsweise eine Delta-Funktion.
7a stellt den zeitlichen Verlauf des Halios^®-Ausgangssignals (S4) dar, wenn das System die Reflexion von Wasserdampf misst. Das Signal ist wesentlich stärker gestört als in der 6a.
7b stellt die Fourier-Transformierte des Signals (S4) der Reflexion von Wasserdampf aus
7a nach Fourier-Transformation durch die Steuerung (ST) dar. Zwar ergibt sich auch hier im Bereich von 0 Hz näherungsweise eine Delta-Funktion. Diese ist ein wenig erhöht. Wesentlich ist aber, dass die Fourier-Transformierte einen mehr oder weniger homogenen Rauschuntergrund ergibt, der als solcher detektiert werden kann.
8a stellt den zeitlichen Verlauf des Halios^®-Ausgangssignals (S4) dar, wenn das System die Reflexion von Rauch mit abnehmender Dichte misst. Das Signal ist wesentlich stärker gestört als in der 6a.
8b stellt die Fourier-Transformierte des Signals (S4) der Reflexion von Rauch mit fallender Dichte aus 8a nach Fourier-Transformation durch die Steuerung (ST) dar. Zwar ergibt sich auch hier im Bereich von 0 Hz näherungsweise eine Delta-Funktion. Diese ist ein wenig erhöht. Wesentlich ist aber, dass die Fourier-Transformierte einen mehr oder weniger homogenen Rauschuntergrund ergibt, der als solcher detektiert werden kann. Es zeigt außerdem im Gegensatz zu Wasserdampf zwei Seitenbanden, die für die Erkennung und zur Unterscheidung von Wasserdampf genutzt werden können.
9a stellt den zeitlichen Verlauf des Halios^®-Ausgangssignals (S4) dar, wenn das System die Reflexion von Rauch mit zunehmender Dichte misst. Das Signal ist wesentlich stärker gestört als in der 6a.
9b stellt die Fourier-Transformierte des Signals (S4) der Reflexion von Rauch mit zunehmender Dichte aus 8a nach Fourier-Transformation durch die Steuerung (ST) dar. Zwar ergibt sich auch hier im Bereich von 0 Hz näherungsweise eine Delta-Funktion. Diese ist ein wenig erhöht. Wesentlich ist aber, dass die Fourier-Transformierte einen mehr oder weniger homogenen Rauschuntergrund ergibt, der als solcher detektiert werden kann. Es zeigt außerdem im Gegensatz zu Wasserdampf wieder die zwei Seitenbanden, die für die Erkennung und zur Unterscheidung von Wasserdampf genutzt werden können.
10a stellt den zeitlichen Verlauf des Halios^®-Ausgangssignals (S4) dar, wenn das System die Reflektion eines Objektes misst, das zweimal den Sensor passiert. Dies ist an den beiden Buckeln (W1 und W2)
10b stellt die Fourier-Transformierte des Signals aus 10a nach Fourier-Transformation durch die Steuerung (ST) dar. Im Bereich von 0 Hz ergibt sich wieder näherungsweise eine Delta-Funktion. Nun jedoch ist im Gegensatz zur 7b das Spektrum nicht gleichmäßig verteilt. Vielmehr zeigt das Spektrum zwei symmetrische Berge und zwei zur 0 Hz-Linie symmetrische Täler in denen praktisch kein Signal vorhanden ist. Überraschender Weise sind also gerade die niedrigeren Frequenzen besonders signifikant. Hierdurch ist es nun möglich, beispielsweise durch Schwellwertsetzung in bestimmten Frequenzbereichen die Fälle zu unterscheiden.
11a stellt den zeitlichen Verlauf des Halios^®-Ausgangssignals (S4) dar, wenn das System die Reflektion eines Objektes misst, das einmal schnell den Sensor passiert. Dies ist an dem Spike zu erkennen
11b stellt die Fourier-Transformierte des Signals aus 11a nach Fourier-Transformation durch die Steuerung (ST) dar. Im Bereich von 0 Hz ergibt sich wieder näherungsweise eine Delta-Funktion. Nun jedoch ist im Gegensatz zur 7b das Spektrum nicht gleichmäßig verteilt. Vielmehr zeigt das Spektrum wieder zwei symmetrische Berge und zwei zur 0 Hz-Linie symmetrische, nun aber schmalere Täler in denen praktisch kein Signal vorhanden ist. Überraschender Weise sind also gerade die niedrigeren Frequenzen besonders signifikant. Hierdurch ist es nun möglich, beispielsweise durch Schwellwertsetzung in bestimmten Frequenzbereichen die Fälle zu unterscheiden.
12 zeigt das Bild der 6 mit dem Unterschied, dass in die ehemalige 6b nun drei Schwellen eingezeichnet sind, die im Bereich des zentralen Dirac-Peaks nicht aktiv sein sollen und daher in diesem Bereich nicht durchgezogen gezeichnet sind. In diesem Beispiel werden vier Bereiche (I, II, III, IV) durch drei Schwellen definiert. Werden alle drei Schwellen im jeweiligen Gültigkeitsbereich nicht überschritten, so ist der Zustand des Halios^®-Systems der, dass es kein Objekt detektiert. Er entspricht also dem der 6a.
13 zeigt nun die Schwellen der 12, nun aber angewandt auf 7. Wie leicht zu erkennen ist, befindet sich das Signal in den relevanten Gültigkeitsbereichen der Schwellen im Bereich II. Dies kann somit als Dampf gewertet werden.
14. zeigt nun die Schwellen der 12, nun aber angewandt auf 10. Wie leicht zu erkennen ist, befindet sich das Signal in den relevanten Gültigkeitsbereichen der Schwellen im Bereich I. Dies kann als massives Objekt im Messbereich gewertet werden.
15. zeigt nun die Schwellen der 12, nun aber angewandt auf 19. Wie leicht zu erkennen ist, befindet sich das Signal in den relevanten Gültigkeitsbereichen der Schwellen im Bereich IV. Dies kann als Rauch im Messbereich gewertet werden.
16 zeigt schematisch ein Verfahren entsprechend dem Stand der Technik ergänzt um den erfindungsgemäßen Schritt einer Transformation der gemessenen Daten. Die physikalische Schnittstelle erfasst, wie zuvor bei den vorausgehenden Figuren bereits beschrieben, das Messwertsignal (S4). Innerhalb der Steuerung (ST) wird nun eine Transformation, hier eine FFT (Fast-Fourier-Transformation) durchgeführt. Dies geschieht im Rahmen der aus dem Stand der Technik bekannten Feature-Extraktion Die Steuerung (ST) erzeugt somit den initialen Feature-Vektor (24). Dieser kann in einer weiteren Feature-Extraktionsstufe weiter aufbereitet werden. Hierbei können beispielsweise die Werte gefiltert und/oder einfach und/oder mehrfach integriert und/oder differenziert werden. Außerdem wird der initiale Feature-Vektor (24) durch die Steuerung (ST) typischerweise mit einer Matrix, der LDA-Matrix (14) multipliziert, was die Signifikanz des sich ergebenden optimierten Feature-Vektors (38) erhöht. In der folgenden Emissionsberechnung (12) durch die Steuerung (ST) wird der so ermittelte optimierte Feature-Vektor (38), beispielsweise durch Abstandsberechnung mit prototypischen Feature-Vektoren verglichen, die als Zahlenwerte in einer Prototypendatenbank (15) beispielsweise der Steuerung (ST) abgelegt sind. Hierbei ist es üblich, neben den vektoriellen Koordinaten, in dieser Prototypendatenbank (15) der Steuerung (ST) zu jedem Prototypen zum ersten essen Koordinate und zum zweiten die Streuung dieses Prototypen abzulegen. Unterschreitet nun ein durch die Steuerung (ST) berechneter Abstand zwischen dem optimierten Feature-Vektor (38) und einem Prototypen der Prototypendatenbank (15) beispielsweise die ebenfalls in der Prototypenddatenbank (15) für diesen Prototypen abgelegte Streuung, so kann dieser Prototyp durch die Steuerung (ST) beispielsweise als erkannt gewertet werden. Die Streuung der Prototypen, die in der Prototypendatenbank (13) der Steuerung (ST) beispielsweise Prototyp spezifisch zusammen mit dem jeweiligen Prototyp abgelegt sein kann, fungiert hier als hier als Schwellwert, mit dem die Steuerung (ST) den berechneten Abstand eines optimierten Feature-Vektors (38) zu dem jeweiligen Prototyp durch Differenzbildung vergleicht. Ist der berechnete Abstand kleiner liegt der optimierte Feature-Vektor (38) innerhalb des Schwellwertellipsoids des betreffenden Prototyps. Bei mehreren erkannten Prototypen könnte die Steuerung (ST) beispielsweise den Prototyp mit dem geringsten Abstand zum optimierten Feature-Vektor (38) als erkannt selektieren. Hie sind mannigfache Szenarien denkbar, die hier nicht weiter ausgeführt werden. Alternativ können auch beide erkannten Prototypen als Hypothesenliste ausgegeben werden, wobei die Hypothesenliste die erkannten Prototypen mit einer Wahrscheinlichkeit, die beispielsweise der berechnete Abstand des optimierten Feature-Vektors (38) zum jeweiligen Prototypen der Prototypendatenbank (15) ist, umfassen kann.
Die Prototypendatenbank (15) der Steuerung (ST) und die LDA-Matrix (14) der Steuerung (ST) werden typischerweise vor Betriebsaufnahme mittels einer Trainingsdatenbank (18) und eines Trainingsprogramms (17) erzeugt und in der Steuerung (ST) oder für diese zugreifbar in dem betreffenden elektronischen Gerät – beispielsweise einem Mobiltelefon (MP) – abgelegt.
17 soll die Kategorisierung mittels der Prototypendatenbank (15) durch die Steuerung (ST) veranschaulichen. Das Bild zeigt den vereinfachten Fall eines optimierten Feature-Vektors (38) mit zwei Dimensionen. In der Regel hat ein Feature-Vektor wesentlich mehr Dimensionen. Die Zweidimensionalität dient hier dem besseren Verständnis. Die Figur zeigt beispielhaft vier Prototypen (41, 42, 43, 44). Jedem beispielhaften Prototyp ist beispielsweise ein Schwellwertellipsoid (47) zugeordnet. Beispielhaft sind drei verschiedene repräsentative optimierte Feature-Vektoren (45, 46, 47) eingezeichnet. Der erste repräsentative optimierte Feature-Vektor (45) liegt innerhalb der zwei Schwellwertellipsoide von zwei Prototypen. Hier müsste also die Steuerung (ST) zwischen diesen beiden Prototypen aufgrund einer internen, zuvor festgelegten und für die Steuerung (ST) ausführbaren Regel entscheiden oder beide als potenzielle Lösungen an eine nachfolgende Verarbeitungsstufe über die Schnittstelle (IF) weitergeben. Der zweite repräsentative optimierte Feature-Vektor (46) liegt außerhalb aller Schwellwertellipsoide und wird daher keinem Prototypen zugeordnet und damit nicht erkannt. Der dritte repräsentative optimierte Feature-Vektor (48) liegt eindeutig innerhalb des Schwellwertellipsoids (48) und wird damit eindeutig einem Prototyp (41) zugeordnet. Dieser Prototyp (41) wird damit eindeutig als dem optimierten dritten Feature-Vektor (48) zugehörig erkannt. Der dritte optimierte Feature-Vektor (38) wird damit eindeutig klassifiziert.
18 zeigt eine bespielhafte Hypothesenliste mit verschiedenen Klassifikationsmöglichkeiten und den entsprechenden Wahrscheinlichkeiten für einen ermittelten optimierten Feature-Vektor (38). Diese Wahrscheinlichkeiten könnten beispielweise die für diesen optimierten Feature-Vektor (38) ermittelten vier kleinsten Abstände zu Prototypen der Prototypendatenbank (15) sein.
19 zeigt eine weitere Anwendung der Erfindung. In den obigen Beispielen der 1 bis 14 war immer nur von einem Sender (H) und einem Empfänger (D) die Rede. Es ist aber besonders vorteilhaft, wenn mehr als ein Sender (H) verwendet wird. 15 zeigt die 1 nun mit mehreren Sendern (H1, H2, H3). Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass es möglich ist, diese mehreren Sender (H1, H2, H3) mit verschiedenen Schwerpunktswellenlängen (λ_S1, λ_S2, λ_S3) zu versehen, so dass diese dann bei diesen verschiedenen Schwerpunktswellenlängen (λ_S1, λ_S2, λ_S3) strahlen. In dem Beispiel der 15 sind drei weitere Sender, ein erster Sender (H1), ein zweiter Sender (H2) und ein dritter Sender (H3) vorgesehen. Alle diese Sender strahlen durch geeignete Öffnungen (O1_1, O1_2, O1_3) in das Messvolumen hinein. Es wäre wünschenswert, wenn sich die Abstrahlkeulen dieser drei Sender (H1, H2, H3) vollständig und homogen überlappen würden. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es sinnvoll ist, die Sender (H1, H2, H3) möglichst dicht beieinander zu platzieren und mit möglichst gleichen Abstrahleigenschaften betreffend der Ausleuchtung der Raumwinkel bzw. Öffnungswinkel und Ausrichtung der Abstrahlkeulen auszustatten, so dass die spektrale Zusammensetzung der Gesamtabstrahlkeule bestehend aus den Einzelabstrahlkeulen der jeweiligen Sender (h1, H2, H3) sich in Abhängigkeit vom Abstand von diesen Sendern (H1, H2, H3) nicht ändert. Ein gutes Maß hierfür erhält man, wenn man die Beleuchtungsintensität für eine gedachte vordefinierte endlich große Fläche senkrecht zur gemeinsamen optischen Abstrahlachse der Sender (H1, H2, H3) betrachtet, und die Beleuchtungsintensität für die verschiedenen Schwerpunktswellenlängen (λ_S1, λ_S2, λ_S3) über diese Fläche integriert. Hierbei sollten die relativen Verhältnisse Intensitäten der Beleuchtungen für die verschiedenen Schwerpunktswellenlängen (λ_S1, λ_S2, λ_S3) untereinander bei unterschiedlichen Abständen im interessierenden Messvolumen weniger als 20%, besser weniger als 10%, besser weniger als 5%, besser weniger als 2%, besser weniger als 1% voneinander abweichen. Eine gute Voraussetzung hierfür ist es, wenn die Öffnungswinkel der Abstrahlkeulen der verschiedenen Sender (H1, H2, H3) um nicht mehr als 20%, besser nicht mehr als 10%, besser nicht mehr als 5%, besser nicht mehr als 2%, besser nicht mehr als 1% voneinander abweichen. Eine weitere wichtige Voraussetzung ist, dass die einzelnen optischen Achsen der Sender (H1, H2, H3) gleich ausgerichtet sind. Hierfür sollten die optischen Achsen typischerweise nicht mehr als 20°, besser nicht mehr als 10°, besser nicht mehr als 5°, besser nicht mehr als 2° voneinander in der Ausrichtung abweichen. Zu dem letzteren Punkt ist allerdings noch zu bemerken, dass diese Gleichausrichtung abgeschwächt werden kann, wenn der Abstand eines Objektes zu dem Sensor beispielsweise durch Auswertung der Lichtlaufzeit ermittelt werden kann.
20 zeigt drei Intensitätskurven, die mit einem Halios^®-System mit drei verschiedenen Sendern (H1, H2, H3) zeitlich alternierend aufgenommen wurden. Die Intensität (A) ist in relativen Einheiten (au) angegeben, was für die typische Verwertung vollkommen ausreichend ist. Die Zeit (t) ist in Systemzyklen und damit ebenfalls in relativen Einheiten (au) angegeben. Der erste Sender (H1) strahlte hier beispielhaft bei 770 nm als erste Schwerpunktswellenlänge (λ_S1). Der zweite Sender (H2) strahlte hier beispielhaft bei 855 nm als zweite Schwerpunktswellenlänge (λ_S2). Der dritte Sender (H3) strahlte hier beispielhaft bei 940 nm als dritte Schwerpunktswellenlänge (λ_S1). In dem Beispiel der 16 wurde der erfindungsgemäße Sensor in einer kleinen Testrauchkammer platziert, die mit Hilfe eines schwelenden Brandsatzes verräuchert wurde. In der ersten Rauchmessphase (M_SM1) steigt die Menge an Rauchpartikeln in dem bestrahlten Messvolumen kontinuierlich an. Das Halios^®-Messwertsignal steigt kontinuierlich an. Dann verlöscht der Brand, weil die chemische Reaktion des Brandes mangels weiterer Verfügbarkeit von Reaktionspartnern zum Erliegen kann. In der dann folgenden zweiten Rauchmessphase (M_SM2) setzen sich die Rauchpartikel in der Testrauchkammer ab. Das Halios^®-Messwertsignal (S4) sinkt. Dann wurde die Rauchkammer geöffnet und damit belüftet. Der Rauch entwich durch Konvektion. Dies ist in der dritten Rauchmessphase (M_SM3) zu erkennen. Da sich Rauchpartikel dabei auch auf dem Halios^®-Sensor absetzen, kommt es dabei zu einem irreversiblen Offset. Dies ist für eine Alarmierung aber irrelevant, da ja nur der Beginn der Rauchentwicklung sicher erkannt werden muss. Ggf. müsste also das Gerät nach einem solchen Vorfall zumindest hinsichtlich der optischen Flächen gereinigt werden. Auf die hier verwendeten Daten wird später noch weiter eingegangen.
21 zeigt eine ähnliche Messung wie die 16. Anstelle von Rauch wurde hier Wasserdampf verwendet. Ein üblicher Fehlerfall bei Rauchmeldern ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt, das Auslösen eines Rauchmelders durch andere Aerosole wie beispielsweise Kochdunst. Daher ist es notwendig, Kochdunst von Rauch unterscheiden zu können. Während der Wasserdampfmessphase (M_H2O) wurde der erfindungsgemäße Sensor dem Wasserdampf ausgesetzt. Es zeigten sich synchrone Erhöhungen der Reflektion.
22 zeigt eine beispielhafte Koordinatentransformation für das Signal der Testrauchkammermessung von 16. Diese Koordinatentransformation wird typischerweise durch die Steuerung (ST) der 5 durchgeführt. Dies wird durch die Steuerung (ST) typischerweise im Schritt der Feature-Extraktion (FE&FFT, 11) der 12 durchgeführt. In dem Beispiel der 18 wird die erste Messsignalamplitude (A_770nm) der Halios^®-Messschleife mit dem ersten Sender (H1) mit der ersten Schwerpunktswellenlänge (λ_S1) von 770 nm und die zweite Messsignalamplitude (A_855nm) der Halios^®-Messschleife mit dem zweiten Sender (H2) mit der zweiten Schwerpunktswellenlänge (λ_S2) von 855 nm und die dritte Messsignalamplitude (A_940nm) der Halios^®-Messschleife mit dem dritten Sender (H3) mit der dritten Schwerpunktswellenlänge (λ_S3) von 940 nm zur einer Gesamtamplitude (r) und zwei Winkelsignalen (α, β), einem ersten Winkel (α) und einem zweiten Winkel (β), umgerechnet. Für diese beispielhafte Umrechnung der beispielhaften Messwertsignalamplituden (A_770nm, A_855nm, A_940nm) der beispielhaft drei Sender (H1, H2, H3) mit diesen beispielhaften Schwerpunktswellenlängen (λ_S1 = 770 nm, λ_S2 = 855 nm, λ_S3 = 940 nm) wurden beispielhaft folgende Formeln verwendet:
Andere Umrechnungsmethoden sind natürlich denkbar und ggf. je nach Anwendungszweck und verwendeten Schwerpunktswellenlängen (λ_S1, λ_S2, λ_S3) sowie deren Anzahl sinnvoll. Der Radius (r) in Form der Gesamtamplitude (r) gibt die Entfernung des Objekts (O) von den Sendern (H1, H2, H3) und dem Empfänger (D) in Kombination mit der Reflektivität des Objekts (O) wieder. Die beiden Winkel (α, β) repräsentieren als Farbwinkel die Verfärbung der Luft durch die Partikel. Hierbei bedeutet Verfärbung nicht, dass die Schwerpunktswellenlängen (λ_S1, λ_S2, λ_S3) der Messung zwingend im sichtbaren Bereich liegen müssen. Die Winkel (α, β) sind somit unabhängig von der Reflektion des Objektes (O) und dem Abstand des Objekts (O) von den Sendern (H1, H2, H3) und dem Empfänger (H). Wie der 18 nun zu entnehmen ist, änderte der Rauch überraschender Weise ausschließlich den ersten Winkel (α). Der zweite Winkel (β) zeigte kaum ein Signal, bis die Testrauchkammer in der dritten Rauchmessphase (M_SM3) geöffnet wurde. Im Gegensatz dazu sei auf 19 verwiesen.
23 zeigt die Messergebnisse aus 17 für Wasserdampf nun nach der gleichen Transformation wie die der 18. Auch hier wurden für diese beispielhafte Umrechnung der beispielhaften Messwertsignalamplituden (A_770nm, A_855nm, A_940nm) der beispielhaft drei Sender (H1, H2, H3) mit diesen beispielhaften Schwerpunktswellenlängen (λ_S1 = 770 nm, λ_S2 = 855 nm, λ_S3 = 940 nm) beispielhaft wieder folgende Formeln verwendet:
Zwei Unterschiede zur 18 fallen auf: Zum einen schlägt auch der zweite Winkel (β) nun auch aus, was ganz einfach an der anderen Färbung des Dampfes liegt. Zum anderen sind die Fourier-transformierten Signale aufgrund der Konvektion des Dampfes unruhiger. Dies kann im Zusammenwirken mit der zuvor schon erläuterten Fourier-Transformation genutzt werden, um hier eine bessere Unterscheidung zu ermöglichen. Es ist offensichtlich, dass somit durch eine Kombination aus der Nutzung eines fremdlichtrobusten Messprinzips, wie beispielsweise dem Halios^®-Messprinzip, der Nutzung verschiedener Schwerpunktswellenlängen (λ_S1, λ_S2, λ_S3) für die optischen Sender (H1, H2, H3) und einer geeigneten Aufbereitung der so erhaltenen Messwertsignalamplituden (S4, A_770nm, A_855nm, A_940nm) insbesondere durch Koordinatentransformationen und/oder Signaltransformationen wie der Fourier-Transformation und/oder weiteren Filterungen und/oder Integrationen und/oder Ableitungen sowie einer Signifikanzsteigerung durch die Multiplikation mit einer LDA-Matrix durch eine Steuerung (ST) ein sehr aussagekräftiger optimierter Feature-Vektor (38) erzeugt werden kann, der im einfachsten Fall durch einen Vergleich mit Schwellwerten zu einer Klassifikation genutzt werden kann und in komplizierteren Fällen durch einen HMM-Schätzalgorithmus verwendet werden kann, wie er hier beschrieben wurde. Natürlich ist auch eine Auswertung eines solchen optimierten Feature-Vektors (38) oder initialen Feature-Vektors (24) durch ein neuronales Netz oder ein Petri-Netz denkbar. Ganz generell geht es hier darum, mittels eines Schätzverfahrens, das vorzugsweise durch die Steuerung (ST) durchgeführt wird, den Zustand der Raumluft zu klassifizieren und auf eine Menge vorgegebener Zustände abzubilden und das Ergebnis dieser Klassifizierung auszugeben.
24 zeigt schließlich noch eine nützliche, weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Luftgütesensors. In dem Beispiel verfügt das Mobiltelefon (MP) als ein Beispiel für ein elektronisches erfindungsgemäßes Gerät über mehrere Sensoren, von denen mindestens einer ein erfindungsgemäßer Sensor ist. Der erfindungsgemäße Sensor ist, wie bereits erwähnt typischerweise in der Lage, einen Abstand zu bestimmen. Sofern die Lichtlaufzeit miterfasst wird, kann der erfindungsgemäße Sensor die Reflektivität eines Objektes (O) von dem Abstand trennen und beide messen. Somit ist der erfindungsgemäße Luftgütesensor in der Lage, die Position eines Objektes (O) zu erfassen. Daher kann der erfindungsgemäße Luftgütesensor auch für ein System zur Erkennung dreidimensionaler Gesten als Bedienelement für das Mobiltelefon (MP) oder ein anderes elektronisches Gerät eingesetzt werden. Die 20 zeigt dies schematisch. Gesetzt den Fall das Mobiltelefon würde über mindestens drei erfindungsgemäße Sensoren verfügen, so ist dieses dann in der Lage, die Position eines Objektes (O) zumindest als Relativbewegung zu verfolgen und für eine dreidimensionale oder zweidimensionale Gestenerkennung zu nutzen. In dem Beispiel verfügt das beispielhafte Mobiltelefon (MP) als beispielhaftes elektronisches Gerät, sogar über acht erfindungsgemäße Sensoren. Dann ist das Mobiltelefon (MP) oder ein anderes elektronisches Gerät, in dem die Erfindung angewendet wird, auch in der Lage, Drehungen des Objektes, beispielsweise einer Hand, zu erkennen. Eine weitere nicht gezeigte Fähigkeit ist die Vermessung der spektralen Eigenschaften von Objekten (O) mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Verfügt der erfindungsgemäße Sensor über einen oder mehrere Sender, die bei unterschiedlichen Schwerpunktswellenlängen senden können, so ist, wie in den 16 bis 19 beschrieben, nicht nur eine Charakterisierung von Aerosolen möglich, sondern natürlich auch die Charakterisierung von Objekten (O) in der Messtrecke. Dies kann beispielsweise zu biometrischen Zwecken erfolgen. Hier sei auf die entsprechende Patentliteratur verwiesen. Der erfindungsgemäße Sensor lässt sich somit zugleich auch in diesem Fall als einfaches Spektrometer und/oder Farbsensor nutzen. Hierbei sollte bemerkt werden, dass mit einem solchen Halios^®-Spektrometer auch die Lichtabsorption aktiv leuchtender Objekte, beispielsweise einer Flamme, gemessen werden kann, was mit keinem anderen Verfahren möglich ist.
Abschließend sollte noch angemerkt werden, dass bei einem Gerät mit Display die Display-Fläche als Sender und/oder als eine Vielzahl von Sendern genutzt werden kann. Hierbei ist es offensichtlich, dass es vorteilhaft ist, wenn hierbei Pixel verschiedener Farben zur Beleuchtung genutzt werden. Ein Nachteil dieser Methode ist allerdings der damit einhergehende Stromverbrauch.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht die Integration eines Luftzustandssensors, insbesondere eines Rauchmelders, in mobile Geräte ohne die Bauraumbeschränkungen aufheben zu müssen. Des Weiteren ermöglicht die Erfindung eine Unterscheidung zwischen Rauch, Dampf und Festkörpern (z. B. Händen und/oder Gegenständen). Gleichzeitig kann die Erfindung für andere Zwecke wie eine dreidimensionale Gestenerkennung und/oder eine spektrale Vermessung von Objekten verwendet werden.
Bezugszeichenliste

12: Emissionsberechnung
14: LDA Matrix
15: Prototypendatenbank
17: Training
18: Trainingsdatenbank
24: initialer Feature-Vektor
38: optimierter Feature-Vektor
Δt1: erste Verzögerungseinheit. Diese erzeugt in dem Beispiel das verzögerte Sendesignal (S5d) aus dem Sendesignal (S5)
Δt2: zweite Verzögerungseinheit. Diese verzögert in dem Beispiel das nicht phasenkompensiertes Kompensationsvorsignal (S6v) zum Kompensationsvorsignal (S6) in Abhängigkeit vom Verzögerungsmesswertsignal (S4d)
Δω: Frequenzbandbreite des Sendesignals (S5). Diese ist typischerweise Δω = ω_max – ω_min.
λ_S1: erste beispielhafte Schwerpunktwellenlänge von beispielhaft 770 nm
λ_S2: zweite beispielhafte Schwerpunktwellenlänge von beispielhaft 855 nm
λ_S3: dritte beispielhafte Schwerpunktwellenlänge von beispielhaft 940 nm
ω_g: Filtergrenzfrequenz
ω_max: obere Grenzfrequenz des Sendesignals (S5)
ω_min: untere Grenzfrequenz des Sendesignals (S5)
A_770nm: Messwertsignalamplitude, wenn der beispielhafte Regelkreis mit einem ersten Sender (H1) mit einer ersten Schwerpunktwellenlänge (λ_S1) von 770 nm betrieben wird.
A_855nm: Messwertsignalamplitude, wenn der beispielhafte Regelkreis mit einem zweiten Sender (H2) mit einer zweiten Schwerpunktwellenlänge (λ_S2) von 855 nm betrieben wird.
A_940nm: Messwertsignalamplitude, wenn der beispielhafte Regelkreis mit einem dritten Sender (H3) mit einer dritten Schwerpunktwellenlänge (λ_S3) von 940 nm betrieben wird.
AR: mittlerer Streupunkt
BH: Senderoffset
D: Empfänger
DB: Datenbus der Schnittstelle (IF) für die Kommunikation beispielsweise mit einer Brandmeldezentrale
F1: erster Filter. Bei dem ersten Filter kann es sich beispielsweise um einen Tiefpassfilter handeln. Dieser Tiefpassfilter weist dabei typischerweise eine obere Filtergrenzfrequenz ω_g auf. Diese wird vorzugsweise so gewählt, dass sie kleiner ist, als die halbe Frequenzbandbreite Δω des Sendesignals (S5).
G: Signalgenerator. Der beispielhafte Signalgenerator erzeugt hier das Sendesignal (S5). Aus der Patentliteratur ist auch die Erzeugung und Regelung des Sendesignals (S5) durch den Regler (CT) bekannt.
H: Sender
H1: erster Sender. Der beispielhafte erste Sender strahlt in der beispielhaften Anwendung mit einer ersten beispielhaften Schwerpunktswellenlänge (λ_S1) von 770 nm.
H2: zweiter Sender. Der beispielhafte zweite Sender strahlt in der beispielhaften Anwendung mit einer zweiten beispielhaften Schwerpunktswellenlänge (λ_S2) von 855 nm.
H3: dritter Sender. Der beispielhafte dritte Sender strahlt in der beispielhaften Anwendung mit einer dritten beispielhaften Schwerpunktswellenlänge (λ_S3) von 940 nm.
I1: erste Übertragungsstrecke
I2: zweite Übertragungsstrecke
I3: dritte Übertragungsstrecke
IF: drahtlose und/oder drahtgebundene digitale und/oder analoge Schnittstelle. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Mobilfunkschnittstelle und/oder ein Meldesignal einer Brandmeldeanlage handeln.
K: Kompensationssender
M1: erste Multiplikationseinheit
M2: zweite Multiplikationseinheit
M_H2O: Wasserdampfmessphase
MP: Mobiltelefon
M_SM1: erste Rauchmessphase. In dieser Phase verbrannte der Brandsatz in der Testrauchkammer.
M_SM2: zweite Rauchmessphase. In dieser Phase war der Brandsatz in der Testrauchkammer bereits abgebrannt und der Rauch begann sich an den Kammerwänden und dem Sensor abzusetzen.
M_SM3: dritte Rauchmessphase. In dieser Phase wurde die Testrauchkammer geöffnet und belüftet. Der Rauch entwich aus der Testrauchkammer.
O: Objekt in der Übertragungsstrecke (I1, I2). Hierbei kann es sich auch um die Partikel einer Rauchwolke (SM) handeln.
O1: Öffnung für den Austritt des Lichts des Senders (H)O1_1 Öffnung für den Austritt des Lichts des ersten Senders (H1), der beispielsweise mit einer Schwerpunktswellenlänge von 770 nm sendet.
O1_2: Öffnung für den Austritt des Lichts des zweiten Senders (H2), der beispielsweise mit einer Schwerpunktswellenlänge von 855 nm sendet.
O1_3: Öffnung für den Austritt des Lichts des dritten Senders (H3), der beispielsweise mit einer Schwerpunktswellenlänge von 940 nm sendet.
O2: Öffnung für den Eintritt des durch den Rauch (SM) oder ein Objekt (O) rückgestreuten Lichtes in das Geräte und zum Empfänger (D).
ORT: Orthogonalisierungseinheit
S1: Empfängerausgangssignal. Ausgangssignal des Empfängers (D), das ggf. noch optional verstärkt und gefiltert, insbesondere Hochpassgefiltert wird. Das Empfängerausgangssignal kann analog oder digital sein oder ein analoges Signal sein, dass zuvor noch digitalisiert wurde.
S4: Verstärkerausgangssignal und Messwertsignal
S4d: Verzögerungsmesswertsignal
S5: Sendesignal. Das Sendesignal steuert den Sender (H). Das Sendesignal ist typischerweise monofrequent, kann aber auch bandbegrenzt sein mit einer unteren Grenzfrequenz ω_min und einer oberen Grenzfrequenz ω_max wobei diese beiden Grenzfrequenzen dann verschieden sind. Bei dem Sendesignal kann es sich auch um ein Pseudozufallssignal oder ein Zufallssignal oder ein Spreiz.-Code basierendes Signal handeln.
S5d: verzögertes Sendesignal
S5o1: erstes orthogonales Analysesignal
S5o2: zweites orthogonales Analysesignal
S6: Kompensationsvorsignal
S6v: nicht phasenkompensiertes Kompensationsvorsignal
S8: Filtereingangssignal
S9: Filterausgangssignal
SD: Luftzustandssensor (hier Rauchdetektor)
SM: Rauchwolke
ST: Steuerung
W1: erster Buckel im Signal des Halios^®-Sensors, wenn das gemessene Objekt den Sensor erstmalig passiert.
W2: zweiter Buckel im Signal des Halios^®-Sensors, wenn das gemessene Objekt den Sensor zum zweiten Mal passiert.
W3: einzelner Buckel als Spike im Signal des Halios^®-Sensors, wenn das gemessene Objekt den Sensor einmal schnell passiert.

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.
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Claims

Elektronisches Gerät mit einem Luftgütesensor mit a. einem optischen Sensor, der die optischen Eigenschaften einer optischen Übertragungsstrecke (I1, I2) und/oder von Objekten (O) in dieser Übertragungsstrecke (I1, I2) in Form mindestens eines Messwertes (S4, A_770nm, A_855nm, A_940nm) erfasst, und b. einem Gehäuse und c. einem Kommunikationsschaltkreis (IF), um Daten zu anderen elektronischen Geräten zu übertragen, und d. wobei die Daten Messwerte und/oder Bewertungen dieser Messwerte sind dadurch gekennzeichnet, e. dass die optische Übertragungsstrecke (I1, I2) als Messtrecke zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses verläuft und f. dass der optische Sensor eine Vorrichtung zur Fremdlichtkompensation umfasst und/oder dass das elektronische Gerät und/oder ein Teil desselben ein Verfahren zur Fremdlichtkompensation durchführt und g. dass der Luftgütesensor dazu bestimmt ist, Aerosolwolken außerhalb des Gerätes zu detektieren.
Luftgütesensor mit a. einem optischen Sensor, der die optischen Eigenschaften einer optischen Übertragungsstrecke und/oder von Objekten in dieser Übertragungsstrecke in Form eines Messwertes (S4, A_770nm, A_855nm, A_940nm) erfasst, und b. einem Gehäuse und c. einem Kommunikationsschaltkreis (IF), um Daten zu anderen elektronischen Geräten zu übertragen oder Alarme auszugeben, und d. wobei die Daten ggf. Messwerte und/oder Bewertungen dieser Messwerte sind dadurch gekennzeichnet, e. dass die optische Übertragungsstrecke (I1, I2) als Messtrecke zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses verläuft und f. dass ein Ausgangssignal (S4) des optischen Sensors im Rahmen der Weiterverarbeitung innerhalb des Luftgütesensors einer Transformation durch eine Transformationseinheit, insbesondere durch eine Steuerung (ST), unterworfen wird.
Luftgütesensor nach dem vorhergehenden Anspruch gekennzeichnet dadurch, a. dass die Transformation zumindest eine der folgenden Transformationen ist: i. Fourier-Transformation, ii. Hankel-Transformation, iii. Hilbert-Transformation, iv. Kosinus-Transformation, v. Kurzzeit-Fourier-Transformation, vi. Laplace-Transformation, vii. Mellin-Transformation, viii. Sinus-Transformation, ix. Radon-Transformation, x. Wavelet-Transformation, xi. zweiseitige Laplace-Transformation, xii. Z-Transformation, xiii. Bluestein-FFT-Algorithmus, xiv. diskrete Fourier-Transformation (DFT), xv. diskrete Kosinus-Transformation (DCT), xvi. diskrete Sinustransformation (DST), xvii. Fourier-Transformation für zeitdiskrete Signale, xviii. modifizierte diskrete Kosinus-Transformation (MDCT), xix. schnelle Fourier-Transformation (FFT), xx. diskrete Hartley-Transformation (DHT), xxi. Hadamard-Transformation, xxii. schnelle Wavelet-Transformation, xxiii. die Wavelet-Paket-Transformation.
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, a. dass der optische Sensor eine Vorrichtung zur Fremdlichtkompensation umfasst und/oder dass das elektronische Gerät und/oder ein Teil desselben ein Verfahren zur Fremdlichtkompensation durchführt und
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, a. dass der optische Sensor eine Vorrichtung zur Fremdlichtkompensation umfasst und/oder dass das elektronische Gerät und/oder ein Teil desselben ein Verfahren zur Fremdlichtkompensation durchführt und b. dass das Verfahren zur Fremdlichtkompensation zumindest teilweise ein optisches Kompensationsverfahren ist.
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, a. dass das Verfahren zur Fremdlichtkompensation ein Halios^®-Verfahren ist und/oder das zumindest ein Teil des optischen Sensors ein Sensor nach einem Halios^®-Prinzip ist.
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, a. dass das elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor ein Display aufweist und b. dass die Bedienung dieses Displays durch ein Verfahren erfolgt, bei dem Messwerte (S4, A_770nm, A_855nm, A_940nm) des optischen Sensors ausgewertet werden.
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, a. dass der optische Sensor auch für eine dreidimensionale Gestenerkennung eingesetzt werden kann und/oder eingesetzt wird.
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, a. dass der optische Sensor zur Anstandsmessung eingesetzt werden kann und/oder eingesetzt wird und mindestens ein Wert ermittelt wird, der vom Abstand zwischen Sensor und einem Objekt abhängt.
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, a. dass der optische Sensor zur Bestimmung eines groben Spektrums und/oder einer Farbzusammensetzung, insbesondere als Farbsensor, eingesetzt werden kann.
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, a. dass der optische Sensor zur Klassifikation von Objektoberflächen eingesetzt werden kann.
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor, der Teil eines elektronischen Gerätes ist, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, a. dass es sich bei dem elektronischen Gerät um ein Mobiltelefonen und/oder ein Smartphone, und oder einen und/oder ein Tablet-PCs und/oder einen Desk-Top-Computer und/oder ein einen anderen Rechner und/oder eine elektronische Uhren und/oder einen Pulsmesser und/oder ein eine tragbare Überwachungseinheit zur Überwachung des gesundheits- und/oder Patientenzustands und/oder einen Laptop und/oder ein Fahrzeug und/oder eine Drohne handelt.
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor, der Teil eines elektronischen Gerätes ist, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, b. dass es sich bei dem elektronischen Gerät um eine Dunstabzugshaube und/oder eine Kücheneinrichtung und/oder einen Kochtopf und/oder einen Backofen und/oder einen Mikrowellenherd und/oder einen Toaster und/oder einen Elektrogrill und/oder ein anderes Wärme entwickelndes Küchengerät handelt.
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, a. dass es eine drahtgebundene und/oder eine drahtlose Datenverbindungsschnittstelle besitzt-
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, a. dass der optische Sensor zur Bestimmung deiner Positionierung des elektronischen Gerätes und/oder Luftgütesensors relativ zu anderen Objekten benutzt werden kann.-
Elektronisches Gerät gekennzeichnet dadurch, a. dass das elektronische Gerät ein Display aufweist und b. dass zumindest ein Bildpunkt des Displays als ein Sender (H) fungiert, dessen Lichtintensität zumindest synchron zu einem Sendesignal (S5) moduliert wird und das in eine erste Übertragungsstrecke (I1) einspeist, und c. dass diese erste Übertragungsstrecke (I1) an einem zu vermessenden Objekt (O) endet, das das Licht des als Sender (H) fungierenden zumindest einen Bildpunkts reflektiert und/oder transmitteiert und d. in als optisches Objektsignal eine zweite Übertragungsstrecke (I2) einspeist, die an einem Empfänger (D) endet und e. dass ein Kompensationssender (K), der durch ein Kompensationssendesignal (S3) gespeist wird, in eine dritte Übertragungsstrecke (I3) ein optisches Kompensationslichtsignal, das ebenfalls an dem Empfänger (D) endet, einspeist und f. dass sich das Objektsignal und das Kompensationslichtsignal im Empfänger (D) überlagern und g. dass das so durch Überlagerung erhaltene Gesamtlichtsignal durch den Empfänger (D) in ein Empfängerausgangssignal (S1) gewandelt wird und h. dass auf Basis dieses Empfängerausgangssignals (S1) zumindest ein Regler (CT) nun die Amplitude der Sendesignals (S5) bzw. die Amplitude der Modulation des besagten Bildpunktes, der als Sender (H) fungiert und/oder die Amplitude des Kompensationssignals (S3) so ausregelt, dass zumindest für einen bestimmten Signalanteil eines Sendesignals (S5) und/oder Kompensationssendesignals (S3) die relevanten Signalanteile des Sendesignals (S5) und/oder Kompensationssendesignals (S3) im Empfängerausgangssignal (S1) verschwinden.
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor nach dem vorhergehenden Anspruch gekennzeichnet dadurch, a. dass mehr als zwei Bildpunkte des Displays als Sender (H) fungieren.
Elektronisches Gerät und/oder Luftgütesensor nach dem vorhergehenden Anspruch gekennzeichnet dadurch, a. dass mehr als zwei Bildpunkte des Displays als Sender (H) fungieren und b. dass mindestens diese zwei Bildpunkte mit unterschiedlicher Schwerpunktswellenlänge strahlen.
Verfahren zum Betreiben einer elektronisches Geräts und/oder eines Luftgütesensors insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden gekennzeichnet dadurch, a. dass das Ausgangssignal (S4) des optischen Sensors im Rahmen der Weiterverarbeitung einer Transformation durch eine Transformationseinheit, insbesondere eine Steuerung (ST), unterworfen wird.
Verfahren zum Betreiben einer elektronisches Geräts und/oder eines Luftgütesensors nach dem vorhergehenden Anspruch gekennzeichnet dadurch, b. dass die Transformation zumindest eine der folgenden Transformationen ist i. Fourier-Transformation, ii. Hankel-Transformation, iii. Hilbert-Transformation, iv. Kosinus-Transformation, v. Kurzzeit-Fourier-Transformation, vi. Laplace-Transformation, vii. Mellin-Transformation, viii. Sinus-Transformation, ix. Radon-Transformation, x. Wavelet-Transformation, xi. zweiseitige Laplace-Transformation, xii. Z-Transformation, xiii. Bluestein-FFT-Algorithmus, xiv. diskrete Fourier-Transformation (DFT), xv. diskrete Kosinus-Transformation (DCT), xvi. diskrete Sinustransformation (DST), xvii. Fourier-Transformation für zeitdiskrete Signale, xviii. modifizierte diskrete Kosinus-Transformation (MDCT), xix. schnelle Fourier-Transformation (FFT), xx. diskrete Hartley-Transformation (DHT), xxi. Hadamard-Transformation, xxii. schnelle Wavelet-Transformation, xxiii. die Wavelet-Paket-Transformation.
Verfahren zum Betreiben eines elektronisches Geräts und/oder eines Luftgütesensors umfassend die Schritte a. Fremdlichtkompensiertes Ermitteln einer zeitlichen Sequenz mindestens eines Messwertes, insbesondere des Amplitudenmesswertes (A_770nm, A_855nm, A_940nm) und/oder der Laufzeit und/oder des spektralen Winkels (α, β), der die optischen Eigenschaften einer optischen Übertragungsstrecke (I1, I2) und/oder von Objekten (O) in dieser optischen Übertragungsstrecke (I1, I2) repräsentiert, wobei sich diese Übertragungsstrecke (I1, I2) zumindest teilweise außerhalb des elektronischen Gerätes und/oder Luftgütesensors befindet,
Transformation dieser zeitlichen Sequenz in einen transformierten Bereich, insbesondere in einen Frequenzbereich, c. Optionale Selektion vorbestimmter Unterbereiche und/oder einzelner vorbestimmter Werte in diesem transformierten Bereich, d. Durchführung eines Klassifikationsverfahrens mit Hilfe dieser selektierten vorbestimmter Unterbereiche und/oder der selektierten einzelnen vorbestimmten Werte in diesem transformierten Bereich und/oder mit Hilfe des transformierten Bereiches, e. Übermittlung mindestens einer Nachricht, die ein Klassifikationsergebnis repräsentiert, wobei die Nachricht auch eine Maßnahme sein kann, die von dem elektronischen Geräte und/oder der Steuerung (ST) durchgeführt wird.