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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rauchmelder und ein Verfahren zum Erkennen einer Verschmutzung oder Abdeckung eines Rauchmelders.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl an unterschiedlichen Rauchmeldern bekannt, die in Gebäuden oder Fahrzeugen in einem Raum installiert werden können, der auf eine mögliche Rauchentwicklung überwacht werden soll. Solche Rauchmelder können durch Verschmutzungen, Abdeckungen, etc. in ihrer Funktion beeinträchtigt werden. Rauchmelder werden daher üblicherweise einer regelmäßigen Sichtkontrolle unterzogen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Rauchmelder zu schaffen, dessen Funktionsfähigkeit im Hinblick auf mögliche Verschmutzungen oder Abdeckungen kontinuierlich und automatisch überwacht werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Rauchmelder vorgeschlagen, der ein Gehäuse mit einer wenigstens einen Lufteinlass aufweisenden Messkammer und einen Rauchsensor zum Erfassen von durch den wenigstens einen Lufteinlass in die Messkammer eintretendem Rauch oder Gas aufweist. Erfindungsgemäß weist der Rauchmelder ferner einen im Gehäuse angeordneten Schallsensor mit wenigstens einer Schallquelle und wenigstens einem Schalldetektor sowie eine mit dem Schallsensor verbundene Steuereinrichtung zum Erfassen einer Veränderung wenigstens einer von der Resonanzfrequenz des Gehäuses abhängigen Größe in dem vom Schallsensor erfassten Messsignal auf.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Gehäuse des Rauchmelders für einen darin angeordneten Schallsensor einen Resonanzkörper bildet und dieser Resonanzkörper durch eine Verschmutzung oder Abdeckung des Gehäuses gedämpft wird, wodurch sich die Resonanzfrequenz dieses Resonanzkörpers verändert. Aus einer erfassten Veränderung einer von der Resonanzfrequenz des Gehäuses abhängigen Größe kann daher auf eine Verschmutzung oder Abdeckung des Gehäuses geschlossen werden, welche die Funktionalität des Rauchmelders beeinträchtigt. Durch das erfindungsgemäße Konzept lässt sich auf einfache Weise eine kontinuierliche und automatische Überwachung der Funktionalität des Rauchmelders realisieren. Die Überwachung erfolgt dabei vorteilhafterweise ortsunabhängig, d.h. es kann nicht nur eine Verschmutzung oder Abdeckung an einer oder mehreren vorgegebenen Stellen sondern es kann eine Verschmutzung oder Abdeckung an irgendeiner Stelle am Gehäuse erkannt werden. Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept das Erkennen von Verschmutzungen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gehäuses.
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Die von der Resonanzfrequenz des Gehäuses abhängige Größe ist vorzugsweise die Resonanzfrequenz des vom Schalldetektor erfassten Signals selbst oder ein Phasenwinkel zwischen dem von der Schallquelle ausgesendeten Signal und dem vom Schalldetektor erfassten Signal.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse wenigstens eine zusätzliche Schallreflexionsfläche auf. Durch diese Maßnahme können die Empfindlichkeit des Schallsensors und damit die Zuverlässigkeit der Überwachung verbessert werden.
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Bei der Schallquelle des Schallsensors handelt es sich vorzugsweise um einen Schallemitter (z.B. mit einem Piezoelement) oder um ein zu Schwingungen anregbares Gehäuseteil des Gehäuses. Bei dem Schalldetektor des Schallsensors handelt es sich beispielsweise um ein Mikrofon.
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Das Gehäuse des erfindungsgemäßen Rauchmelders kann grundsätzlich beliebig aufgebaut sein. Es ist insbesondere an den jeweiligen Anwendungsfall und an die jeweiligen Montagemöglichkeiten angepasst.
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Vorzugsweise weist das Gehäuse des Rauchmelders ferner ein den wenigstens einen Lufteinlass der Messkammer abdeckendes Schutzgitter auf. Das Schutzgitter soll das Eindringen von Insekten, Schmutz, etc. in die Messkammer verhindern. In diesem Fall dämpfen Verschmutzungen auf dem Schutzgitter den aus der Messkammer und dem Schutzgitter gebildeten Resonanzkörper und die Verschmutzungen auf dem Schutzgitter verändern die Resonanzfrequenz dieses Resonanzkörpers.
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Vorzugsweise weist das Gehäuse des Rauchmelders auch eine die Messkammer umschließende Kappe mit wenigstens einer Luftdurchlassöffnung auf. Die Kappe dient insbesondere dem mechanischen Schutz der Messkammer. In diesem Fall dämpfen Verschmutzungen oder Abdeckungen auf der Kappe den aus der Messkammer und der Kappe gebildeten Resonanzkörper und die Verschmutzungen oder Abdeckungen auf der Kappe verändern die Resonanzfrequenz dieses Resonanzkörpers. Falls zudem ein oben genanntes Schutzgitter vorgesehen ist, ist dieses bevorzugt zwischen der Messkammer und der Kappe angeordnet.
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Der Rauchmelder der Erfindung ist grundsätzlich auf keine bestimmte Art und Funktionsweise eines Rauchsensors beschränkt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Rauchsensor ein optischer Rauchsensor mit wenigstens einem Lichtsender (z.B. Leuchtdiode) und wenigstens einem Lichtempfänger (z.B. Photodiode). Vorzugsweise handelt es sich bei dem optischen Rauchsensor um einen Rauchsensor, der auf dem Prinzip der optischen Streulichtmessung funktioniert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung zudem mit einer Anzeigevorrichtung zum optischen und/oder akustischen Anzeigen des Erfassungsergebnisses der Steuereinrichtung verbunden. Vorzugsweise gibt die Anzeigevorrichtung bei einer erfassten Verschmutzung oder Abdeckung des Rauchmelders ein optisches und/oder akustisches Informationssignal aus, um auf diese Verschmutzung oder Abdeckung hinzuweisen, sodass diese beseitigt werden kann. Vorzugsweise kann die Anzeigevorrichtung zudem bei nicht-Vorliegen und somit auch eines nicht-erfassten Verschmutzung oder Abdeckung des Rauchmelders ein optisches Informationssignal ausgeben, um die Funktionsfähigkeit des Rauchmelders anzugeben. Ein Informationssignal bezüglich des Erfassungsergebnisses oder Funktionsfähigkeit des Rauchmelders kann auch an ein Rauchmelder-Netzwerk, insbesondere über einen CAN-Bus übermittelt werden. Das an das Netzwerk übermittelte Informationssignal kann über das Netzwerk beispielsweise einer Auswerteeinrichtung oder der Anzeigevorrichtung zugeführt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann zudem eine Überwachungseinrichtung zum kontinuierlichen und automatischen Überwachen der Funktionsfähigkeit des jeweiligen Rauchsensors vorgesehen sein. Diese Überwachungseinrichtung ist dann bevorzugt ebenfalls mit einer Steuereinrichtung oder der oben genannten Steuereinrichtung verbunden, welche ihrerseits mit einer Anzeigevorrichtung oder der oben genannten Anzeigevorrichtung verbunden ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erkennen einer Verschmutzung oder Abdeckung eines Rauchmelders vorgeschlagen, wobei der Rauchmelder ein Gehäuse mit einer wenigstens einen Lufteinlass aufweisenden Messkammer und einen Rauchsensor zum Erfassen von durch den wenigstens einen Lufteinlass in die Messkammer eintretendem Rauch oder Gas aufweist. Erfindungsgemäß wird in dem Gehäuse mittels eines Schallsensors eine Schallreflexion gemessen und wird eine Veränderung wenigstens einer von der Resonanzfrequenz des Gehäuses abhängigen Größe in dem vom Schallsensor erfassten Messsignal erfasst.
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Die von der Resonanzfrequenz des Gehäuses abhängige Größe ist vorzugsweise die Resonanzfrequenz des von einem Schalldetektor des Schallsensors erfassten Signals selbst oder ein Phasenwinkel zwischen dem von einer Schallquelle des Schallsensors ausgesendeten Signal und dem von einem Schalldetektor des Schallsensors erfassten Signal.
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Mit diesem Verfahren können die gleichen Vorteile wie mit dem oben beschriebenen Rauchmelder der Erfindung erzielt werden.
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Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten, nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:
- 1 eine Schnittansicht eines Rauchmelders gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 ein Diagramm zum Erläutern einer Veränderung der Resonanzfrequenz durch eine Dämpfung des Gehäuses des Rauchmelders; und
- 3 ein Diagramm zum Erläutern einer Veränderung des Phasenwinkels des Schallsensors durch eine Dämpfung des Gehäuses des Rauchmelders.
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1 zeigt einen Rauchmelder gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, der zum Beispiel in Gebäuden (Wohnhäuser, Büros, Industriegebäude, etc.) oder Fahrzeugen (Flugzeuge, Schienenfahrzeuge, etc.) einsetzbar ist.
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Der Rauchmelder hat eine plattenförmige Basis 10, mit der er zum Beispiel an einer Decke eines zu überwachenden Raums montiert werden kann. An dieser Basis 10 ist ein Gehäuse 12 befestigt, in das Rauch oder Gas eindringen kann.
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Das Gehäuse 12 hat eine Messkammer 14, die mehrere (hier: seitliche) Lufteinlässe 16 aufweist, durch welche Luft / Rauch / Gas ins Innere der Messkammer 14 eintreten kann. Der Innenraum der Messkammer 14 wird durch einen Rauchsensor 26 überwacht, der in diesem Ausführungsbeispiel als ein optischer Streulichtrauchsensor mit einem Lichtsender 28 (z.B. Leuchtdiode) und einem Lichtempfänger 30 (z.B. Photodiode) ausgestaltet ist. Der Lichtsender 28 und der Lichtempfänger 30 sind beispielsweise auf einer Platine 32 oder einer Platte innerhalb oder außerhalb der Messkammer 14 montiert.
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Die Lufteinlässe 16 sind jeweils mit Lichtlabyrinthen 18 versehen, um das Eindringen von Umgebungslicht ins Innere der Messkammer 14 zu verhindern, um Störlicht für den optischen Rauchsensor 26 zu vermeiden oder zumindest deutlich zu reduzieren. Die Lufteinlässe 16 sind zudem außen mit (Insekten-)Schutzgittern 20 abgedeckt, um ein Eindringen von Insekten, Schmutz, etc. in die Messkammer 14 zu verhindern oder zu minimieren. Zusätzlich weist das Gehäuse 12 eine Kappe 22 auf, welche die Messkammer 14 zu deren mechanischem Schutz umgibt. Diese Kappe 22 ist mit einer Vielzahl von (hier: seitlichen) Luftdurchlassöffnungen 24 versehen, sodass Luft / Rauch / Gas ins Innere der Kappe 22 und weiter ins Innere der Messkammer 14 eintreten kann.
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Wie in 1 angedeutet, können die Schutzgitter 20 vor den Lufteinlässen 16 der Messkammer 14 durch Verschmutzungen 34 zumindest teilweise verschlossen sein, sodass kein oder nur noch wenig Rauch ins Innere der Messkammer 14 eintreten kann. Ebenso können die Luftdurchlassöffnungen 24 der Kappe 22 durch Verschmutzungen oder Abdeckungen 36 zumindest teilweise blockiert sein, sodass kein oder nur noch wenig Rauch ins Innere der Kappe 22 und weiter in die Messkammer 14 eintreten kann. Im Fall derartiger Verschmutzungen oder Abdeckungen 34, 36 wäre somit die Funktionsfähigkeit des Rauchmelders beeinträchtigt, da bei einer Gefahrensituation mit Rauch im Raum des jeweiligen Gebäudes oder Fahrzeugs der Rauchsensor 26 in der Messkammer 14 keinen oder zu wenig Rauch erfassen kann.
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Der Rauchmelder ist daher mit einer Einrichtung versehen, um seine Funktionsfähigkeit im Hinblick auf Verschmutzungen oder Abdeckungen 34, 36 automatisch und kontinuierlich zu überwachen.
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Zu diesem Zweck ist die Messkammer 14 mit einem Schallsensor 38 ausgestattet. Der Schallsensor 38 weist wenigstens einen Schallemitter 40 und wenigstens einen Schalldetektor 42 auf. Der Schallemitter 40 und der Schalldetektor 42 sind beispielsweise ebenfalls auf der Platine 32 innerhalb oder außerhalb der Messkammer 14 montiert. Der Schallemitter 40 weist zum Beispiel ein Piezoelement auf, der Schalldetektor 44 weist zum Beispiel ein Mikrofon auf. Alternativ kann als Schallquelle des Schallsensors 38 auch ein Gehäuseteil der Messkammer 14 verwendet werden, das zu Schwingungen angeregt werden kann.
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Der Schallemitter 40 und der Schalldetektor 42 des Schallsensors 38 sind mit einer Steuereinrichtung 44 verbunden, die den Schallemitter 40 ansteuert und die Messsignale des Schalldetektors 42 auswertet. Die Steuereinrichtung 44 und der Schallsensor 38 sind zu deren Stromversorgung zudem mit einer Energiequelle 46 (z.B. Batterie) verbunden.
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Die Funktionsweise des Schalldetektors 38 ist wie folgt. Der Schalldetektor 42 erfasst die vom Schallemitter 40 ausgesendeten und in der Messkammer 14 reflektierten Schallwellen. Vorzugsweise kann die Wandung der Messkammer 14 zusätzlich mit einer Schallreflexionsfläche 50 versehen sein, um die Effektivität des Schallsensors 38 zu erhöhen. Das Gehäuse 12 (Messkammer 14, Insektenschutzgitter 20 und Kappe 22) des Rauchmelders wirkt in diesem Zusammenhang als Resonanzkörper, sodass bei der entsprechenden Resonanzfrequenz ein besonders hoher Maximalwert der Messsignalgröße x des Schalldetektors 42 erfasst wird (vgl. 2).
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Etwaige Verschmutzungen oder Abdeckungen 34, 36 am Gehäuse 12 bewirken eine Dämpfung des Resonanzkörpers. Wie in 2 veranschaulicht, werden die Werte der Messsignalgröße x des Schalldetektors 42 mit zunehmender Dämpfung D für alle Schallfrequenzen f kleiner. Außerdem verschiebt sich die Resonanzfrequenz mit zunehmender Dämpfung D, sodass eine Veränderung der Resonanzfrequenz ΔR erfasst werden kann. D.h. die Steuereinrichtung 44 kann aus einer erfassten Veränderung der Resonanzfrequenz ΔR auf eine Verschmutzung oder Abdeckung 34, 36 des Gehäuses 12 schließen, welche die Funktionsfähigkeit des Rauchmelders beeinträchtigen kann. Der Schallsensor 38 wird vorzugsweise nur in dem Frequenzbereich betrieben, in dem die Resonanzfrequenz des Gehäuses 12 des jeweiligen Rauchmelders liegt, um den Messaufwand gering zu halten.
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Die Resonanzfrequenz liegt beispielsweise in einem Frequenzbereich von etwa 5 bis 6 kHz. Je nach Ausgestaltung und Dimensionierung des Rauchmelders sind aber auch deutlich höhere oder deutlich niedrigere Resonanzfrequenzen denkbar.
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Falls die Steuereinrichtung 44 auf diese Weise eine (mögliche) Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit des Rauchmelders feststellt, gibt sie über eine mit ihr verbundene Anzeigevorrichtung 48 ein optisches und/oder akustisches Hinweissignal aus.
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Für den Rauchsensor 26 können eine eigene Steuereinrichtung, eine eigene Energiequelle und eine eigene Anzeigevorrichtung vorgesehen sein. Alternativ kann der Rauchsensor 26 ebenfalls mit der Steuereinrichtung 44 und/oder der Energiequelle 46 des Schallsensors 38 verbunden sein und/oder die Hinweissignale ebenfalls über die Anzeigevorrichtung 48 ausgeben.
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Im obigen Ausführungsbeispiel ist der Rauchsensor 26 als ein optischer Streulichtrauchsensor ausgestaltet. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Art von Rauchsensor 26 beschränkt, es können vielmehr beliebige Arten und Funktionsweisen von Rauchsensoren 26 eingesetzt werden.
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3 veranschaulicht eine mögliche Alternative der Auswertung des Schallsensors 38. In diesem Fall wird der Schallsensor 38 mit einer festen Frequenz f betrieben und wird bei dieser der Phasenwinkel w zwischen dem vom Schallemitter 40 (oder einer anderen Schallquelle) ausgesendeten Signal und dem vom Schalldetektor 42 erfassten Signal ausgewertet. Eine Dämpfung D des durch das Gehäuse 12 gebildeten Resonanzkörpers bewirkt hier eine Veränderung des Phasenwinkels ΔW derart, dass der Phasenwinkel w mit zunehmendem Verschmutzungsgrad größer wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Basis
- 12
- Gehäuse
- 14
- Messkammer
- 16
- Lufteinlass
- 18
- Lichtlabyrinth
- 20
- Schutzgitter
- 22
- Kappe
- 24
- Luftdurchlassöffnungen
- 26
- Rauchsensor
- 28
- Lichtsender
- 30
- Lichtempfänger
- 32
- Platine
- 34
- Verschmutzung des Insektenschutzgitters
- 36
- Verschmutzung / Abdeckung der Luftdurchlassöffnungen
- 38
- Schallsensor
- 40
- Schallemitter
- 42
- Schalldetektor
- 44
- Steuereinrichtung
- 46
- Energiequelle
- 48
- Anzeigevorrichtung
- 50
- Schallreflexionsfläche
- D
- Dämpfung
- ΔR
- Veränderung Resonanzfrequenz
- ΔW
- Veränderung Phasenwinkel
- f
- Frequenz
- w
- Phasenwinkel
- x
- Messsignalgröße
