DE19744635A1 - Infrarot-Brandmelder - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erkennung von heißen Stellen, die einen Brand bewirken könnten.

Stand der Technik

Um Gebäude vor Bränden zu schützen, werden Brandmelder installiert, die beispielsweise eine schnelle Alarmierung der Feuerwehr bewirken sollen oder zumindest ein Wachper­ sonal zu einem zusätzlichen Inspektionsgang anregen. Die­ se Brandmelder reagieren auf Hitze oder Rauch. Dabei sind Melder auf Infrarotbasis bekannt, bei denen die von einer lokalen Überhitzung ausgehenden Infrarotstrahlen den Mel­ der auslösen.

Es sind sehr empfindliche Infrarotsensoren bekannt, die beispielsweise in Infrarot-Bewegungsmeldern eingesetzt werden. Diese Infrarot-Bewegungsmelder erkennen die Orts­ veränderung einer infraroten Strahlungsquelle durch ein Wechselspannungsfilter geringer Frequenz, welches häufig durch Vergleich der Ausgangsspannung des Sensorelements mit dem längerfristigen Mittelwert derselben Ausgangs­ spannung gebildet wird. In der Patentschrift US 4,321,594 ist ein solches passives Infrarot-Dektor-System angege­ ben.

Sie sind jedoch zur Anzeige langsam auftretender Brand­ herde nicht geeignet, da das Sensorelement keine langfri­ stig stabiles Ausgangssignal liefert, sondern dieses sehr langsam um wesentlich mehr als die zu erkennenden Si­ gnalunterschiede schwankt. Ursache hierfür ist insbeson­ dere ein pyroelektrischer Sensor, der die auftreffende Infrarotstrahlung in Wärme umwandelt, welche durch einen Temperatursensor gemessen wird. Daher ist das statische Ausgangssignal von der Temperatur abhängig und ein Ver­ gleich mit einer vorgegebenen Schwelle für die Brander­ kennung nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen einfachen Mel­ der anzugeben, der auch sich langsam entwickelnde Hitze­ stellen zuverlässig diagnostiziert.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die bekann­ ten Infrarot-Bewegungssensoren für die Branderkenntnis geeignet wären, wenn das Signal einer sich gegenüber dem Brandmelder bewegenden Hitzequelle gegeben wäre. Da sich der Brandherd nicht bewegt, besteht die Erfindung darin, den Infrarot-Bewegungsmelder bekannter Bauart durch eine einfache Mechanik zu bewegen und so ein Signal auszulö­ sen.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Wechsel zwischen Stillstand und Bewegung verwendet und ein Brand nur dann gemeldet, wenn vor und nach der Bewegung kein, währende der Bewegung jedoch ein Signal vorliegt. Damit wird erreicht, daß sich bewegende Personen kein Signal auslösen. Wenn nämlich sich bewegende Personen vorhanden sind, so werden diese in Regel von sich aus den Brand er­ kennen. Damit wird dann erreicht, daß bei sich bewegenden Objekten zwar gegebenenfalls eine Nachtwache alarmiert wird, aber nicht die Feuerschutzeinrichtungen.

Die Erfindung kann mit handelsüblichen Bewegungsmeldern aufgebaut werden, indem diese an einer motorisch ange­ triebenen bewegten Halterung befestigt werden. Dabei wird dann Sensor und Optik gegenüber der Hitzequelle bewegt. Alternativ können auch die bestehenden Konstruktionen da­ hingehend modifiziert werden, daß entweder nur der Sensor im Innern durch einen Antrieb bewegt wird. Da das sich wechselnde Signal des zu erkennenden Objekts meist durch eine Optik dadurch bewirkt wird, daß das Objekt abwech­ selnd mehr oder minder gut auf den Sensor abgebildet wird, ist eine Bewegung der Optik in der Regel weitaus wirksamer. Wird der Sensor bewegt, so wird vorzugsweise auf dem Sensor ein zufälliges oder systematisches Muster von dunklen Stellen vorgesehen, so daß das von der Optik projizierte Signal durch die Bewegung mehr oder minder wirksam wird. Alternativ kann auch eine Platte mit dunk­ len Flecken oder anderen Mustern zwischen Sensor und Op­ tik bewegt werden. Zur Bewegung dieser Platte kann ein Bimetall-Element dienen, da diese Bewegungsgeschwindig­ keit für eine Erkennung ausreicht und damit bewegliche Teile wie Motoren oder Hubmagnete entfallen.

Selbstverständlich können anstelle von auftretenden Hit­ zequellen auch Kältequellen erfaßt werden, wo dies benö­ tigt wird.

Es handelt sich daher um einen Brandmelder zum Erkennen von stillstehenden heißen Objekten mit einem Infrarot- Temperatursensor samt einer Auswerteelektronik, die Tem­ peraturschwankungen anzeigt, sowie einer Optik, welche sich in ihrem Erfassungsbereich befindliche Objekte mit ortsabhängiger Intensität auf den Temperatursensor abbil­ det, und einer Einrichtung, die den gesamten Brandmelder, die Optik, den Sensor oder eine Musterplatte zwischen Op­ tik und Sensor derart bewegt, daß eine scheinbare Orts­ veränderung eines Objekts im Erfassungsbereich bewirkt wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen

Fig. 1 einen Infrarot-Bewegungsmelder nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Brandmelder durch Bewe­ gung eines Infrarot-Bewegungsmelders,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform, bei der eine Schattenplatte im Innern bewegt wird.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung

In Fig. 1 ist der Aufbau eines bekannten Infrarot- Bewegungsmelders gezeigt. Dieser besteht aus einem Gehäu­ se 10, welches beispielsweise über Schrauben 18 an einem an der Wand 17 angebrachten Arm 16 befestigt ist. An sei­ ner Vorderseite ein optischer Sammler 11 angeordnet, in dessen Wirkungszentrum ein pyroelektrischer Sensor 12 an­ geordnet ist. Dessen Ausgangssignal wird, wie weiter un­ ten beschrieben, durch eine Auswerteelektronik 14 ausge­ wertet. Der optische Sammler 11 ist üblicherweise eine System von Linsen. Der Aufbau ist ähnlich einer Fresnel- Linse, bei der mehrere Linsensegmente nebeneinander ange­ ordnet sind. Während bei einer Fresnel-Linse üblicher Art die Linsensegmente meist konzentrisch derart gestaltet sind, daß die Brennpunkte und optischen Achsen zusammen­ fallen und die Wirkung einer einzigen großen Linse erzeu­ gen sollen, ist bei dem optischen Sammler 11 zwar der Sensor 12 im gemeinsamen Brennpunkt der Segmente, diese sind jedoch in ihren optischen Achsen verschwenkt. Das Bild eines Gegenstandes, der sich in Richtung des Pfeiles A bewegt, wird daher zunächst von dem Strahl 15a erfaßt und auf den Sensor abgebildet. Sodann wird der Strahl 15a verlassen und das Bild auf dem Sensor verschwindet, bis der Strahl 15b erreicht wird und das Bild wieder er­ scheint. Der Sammler 11 ist infrarot-durchlässig, so daß ein sich in Richtung des Pfeiles A bewegender Gegenstand mit einer gegenüber der Umgebung abweichenden Temperatur abwechselnd auf den Sensor strahlt und abgeschattet wird. Daher entsteht durch die Bewegung ein Wechselsignal im Bereich zwischen 0,01 Hz und 1 Hz, welches durch die Aus­ werteelektronik 14 gefiltert und gleichgerichtet wird. Durch die relativ engen Strahlen wird gleichzeitig eine gute Bündelung und damit hohe Empfindlichkeit der Anord­ nung erreicht.

Diese Anordnung ist nicht geeignet, ein entstehendes Feu­ er zu erkennen. Zum einen könnte das Feuer in einem der abgeschatteten Bereiche entstehen. Dies ließe sich, wenn auch unter Verlust an Empfindlichkeit, durch eine her­ kömmliche (Fresnel-)Linse vermeiden, welches das gesamte Bild des zu überwachenden Bereichs auf den Sensor abbil­ det. Wesentliches Problem ist jedoch die Temperaturabhän­ gigkeit des Ausgangssignals des Sensors, wodurch eine Auswertung des Gleichspannungs-Anteils des Ausgangs­ signals des Sensors nicht zuverlässig genug ist.

In Fig. 2 ist eine erste Lösung gezeigt, die einen be­ kannten Bewegungssensor unverändert verwendet. Dieser ist jedoch auf dem Träger 16 in dem Lager 20 um eine vertika­ le Achse bewegbar angeordnet ist. Eine motorisch ange­ triebene Kurbelscheibe 21 versetzt über eine Schubstange 22 das Gehäuse 10 in eine Schwenkbewegung in Richtung des Doppelpfeiles C, wobei die Frequenz beispielsweise 0,1 Hz beträgt. Eine ortsfest vorhandene Hitzequelle 29 bewegt sich daher gegenüber dem Bewegungssensor 10 und führt zu einem Signal in der gleichen Art, als ob sich in der be­ kannten Anordnung nach Fig. 1 die Wärmequelle bewegen würde.

Anstelle des Antriebs mit Motor und Kurbelscheibe können auch andere Lösungen verwendet werden. Hierunter fallen Lösungen mit Gewindestangen, bei denen der Motor jeweils zur Umkehr der Bewegungsrichtung umgepolt werden muß. Be­ sonders zweckmäßig ist eine Lösung mit einem Bimetall- Streifen, der durch eine alternierend bestromte Heizwick­ lung zu einer Schwenkbewegung veranlaßt wird. Dadurch entfallen Lager und die Geräuschbildung des Motors, so daß eine bessere Zuverlässigkeit erreicht wird.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich zu­ nächst aus der Erkenntnis, daß eine Relativbewegung zwi­ schen Hitzequelle 29, optischem Sammler 11 und Sensor 12 gewünscht ist. Anstelle also durch Bewegung des Gehäuses 10 die miteinander starr verbundene Kombination aus Sen­ sor 12 und Sammler 11 zu verschwenken, kann auch (nicht gezeigt) der Sammler 11 beweglich angeordnet und ver­ schwenkt oder verschoben werden.

Anstelle eines segmentierten Sammlers kann auch, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Weitwinkel-Linse 31, auch als Fres­ nel-Linse gestaltbar, als Sammler eingesetzt werden, der den gesamten Erfassungsbereich auf den Sensor 12 proji­ ziert. Zwischen Linse 31 und Sensor 12 ist eine Schatten­ platte 30 angeordnet. Diese ansonsten für Infrarot durch­ sichtige Platte trägt ein regelmäßiges oder gestreutes Muster von undurchsichtigen Feldern, so daß ein ähnlicher Effekt wie durch den segmentierten Sammler 11 entsteht, daß nämlich Teile des Erfassungsgebiets ausgeblendet wer­ den. Eine Verschiebung der Schattenplatte in Richtung des Pfeiles D bewirkt damit eine Modulation einer von der Hitzquelle 29 ausgehenden Infrarotstrahlung. Die undurch­ sichtigen Felder sollten in etwa so groß sein wie das durch die Linse 31 erzeugte, möglicherweise unscharfe Bild einer durchschnittlichen Hitzequelle 29 auf der Schattenplatte 30. Ist die Schattenplatte dicht vor einem Sensor mit beispielsweise fünf Millimeter Kantenlänge der aktiven Fläche, dann könnten die Felder einen Bereich zwischen einem halben und einem zehntel Millimeter Kan­ tenlänge umfassen. Die Bewegungsamplitude in Richtung des Pfeiles D beträgt dann ungefähr soviel wie der Durchmes­ ser der Felder. Da diese Amplitude sehr klein ist, können anstelle von motorischen und Bimetall-Antrieben auch sol­ che mit Tauchspulen oder Piezo-Aktuatoren eingesetzt wer­ den. Die Schattenplatte ist beispielsweise ein Stück Film von weniger als ein Quadratzentimeter, der auf die Mem­ bran einer dynamischen Mikrofonkapsel oder den Anker ei­ nes Miniatur-Relais aufgesetzt ist und damit mit geringem Energieaufwand bewegt werden kann. Alle von der Konstruk­ tion von elektromechanischen Miniatur-Relais bekannten Techniken zur Bewegung können hierbei eingesetzt werden.

Die Schattenplatte kann auch direkt auf den Sensor 12 aufgebracht werden. Dann muß der Sensor als ganzes bewegt werden, wie durch den Pfeil E in Fig. 3 angedeutet ist. Dies ist z. B. für Piezo-, Tauchspul-, Bimetall- oder Klappanker-Antriebe kein Problem, wenngleich der Vorteil, daß weniger justiert werden muß, dadurch erkauft wird, daß die elektrischen Anschlüsse beweglich sein müssen.

Im übrigen ist eine kontinuierliche Bewegung nicht not­ wendig. So kann jeweils nach einer Pause von einer Minute eine Schwenkbewegung bewirkt werden. Dieses hat den Vor­ teil, daß der Sensor in den Pausenzeiten als Bewegungs­ melder wirkt und zur Raumüberwachung verwendet werden kann. Hierzu ist anzumerken, daß die Brand-Früherkennung insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn die zu überwa­ chenden Flächen nicht belebt sind und daher ein Bewe­ gungsmelder ohnehin sinnvoll ist, um Eindringlinge zu er­ kennen. Bei der Lösung mit dem Bimetall-Antrieb ist dann auch die Position gut bekannt und einstellbar. Die maxi­ male Pausen sind durch Brandsachverständige vorzugeben und hängen sicher auch von der jeweils erreichbaren er­ kennbaren Minimal-Temperatur ab.

In einer Weiterbildung ist im Erfassungsbereich eine fernschaltbare Glühlampe zum Testen der Anordnung ange­ bracht. Hierbei wird von der Zentrale die Glühlampe ein­ geschaltet und eine Schwenkbewegung angestoßen. Dann muß eine Alarmsignal von dem zugeordneten Bewegungsmelder er­ zeugt werden. Anstelle der Glühlampe kann auch eine ande­ re, passende Infrarot-Strahlungsquelle verwendet werden. Insbesondere dann, wenn Infrarot-Strahlungsquellen zur Heizung verwendetet werden, wird in bekannter Art eine Schaltung verwendet, die das Ausgangssignal des Melders invertiert, solange die Heizung eingeschaltet ist, wobei meist noch eine Totzeit für die Abkühlung vorgesehen wird. Es erfolgt also eine Meldung immer dann, wenn ent­ weder bei ausgeschalteter Heizung eine Hitzequelle vor­ handen oder bei eingeschalteter Heizung diese nicht er­ kannt wird.

Claims (15)

1. Melder zum Erkennen von stillstehenden Objekten (29) einer gegenüber ihrer Umgebung abweichenden Tempera­ tur, enthaltend

• - einen elektrischen Sensor (12) für Infrarot- Temperaturstrahlung mit einer Auswerteelektronik (14), die Temperaturschwankungen anzeigt, die schneller als Änderungen der Umgebungstemperatur erfolgen,
• - eine Optik (11) für infrarote Strahlung, welche sich in ihrem Erfassungsbereich befindliche Objekte (29) mit ortsabhängiger Intensität auf den Sensor (12) abbildet,
  gekennzeichnet dadurch,
• - daß eine Einrichtung (20, 21, 22) vorhanden ist, die eine scheinbare Bewegung des Objekts (29) be­ wirkt.

2. Melder nach Anspruch 1, wobei die scheinbare Bewegung durch gemeinsame Bewegung der Optik und des Sensors erreicht wird.

3. Melder nach Anspruch 1, wobei die scheinbare Bewegung durch Bewegung der Optik erreicht wird.

4. Melder nach Anspruch 2, wobei Sensor und Optik ge­ meinsam gegenüber dem Objekt bewegt werden.

5. Melder nach Anspruch 3, wobei ein Bewegungsmelder für sich bewegende Objekte an einer Schwenkeinrichtung befestigt ist und die scheinbare Bewegung des Objekts durch Betätigung der Schwenkeinrichtung bewirkt wird.

6. Melder zum Erkennen von stillstehenden Objekten (29) einer gegenüber ihrer Umgebung abweichenden Tempera­ tur, enthaltend

• - einen elektrischen Sensor (12) für Infrarot- Temperaturstrahlung mit einer Auswerteelektronik (14), die Temperaturschwankungen anzeigt, die schneller als Änderungen der Umgebungstemperatur erfolgen,
• - eine Optik (31) für infrarote Strahlung, welche sich in ihrem Erfassungsbereich befindliche Objekte (29) auf den Temperatursensor abbildet,
• - wobei sich zwischen Optik (31) und Sensor (12) eine Schattenplatte (30) befindet,
• - und die Schattenplatte (30) relativ zu der Optik (31) bewegbar ist.

7. Melder nach Anspruch 5, wobei die Schattenplatte un­ mittelbar auf der Oberfläche des Sensors angebracht ist und gemeinsam mit dem Sensor bewegt wird.

8. Melder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bewegung durch ein elektrisch heizbares Bimetallele­ ment bewirkt wird.

9. Melder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bewegung durch ein Tauchspulsystem bewirkt wird.

10. Melder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bewegung durch einen Klappanker-Antrieb bewirkt wird.

11. Meldeanlage mit einem Melder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine intermittierende Bewegung er­ folgt und das Signal der Auswerteelektronik mit der Bewegung korreliert wird.

12. Meldeanlage mit einem Melder zum Erkennen von still­ stehenden Objekten (29) einer gegenüber ihrer Umge­ bung abweichenden Temperatur, wobei im Erfassungsbe­ reich eine einschaltbare Infrarot-Strahlungsquelle an­ geordnet ist und eine Überwachungseinrichtung vorge­ sehen ist, die zwecks Funktionsüberprüfung

• - die Infrarot-Strahlungsquelle einschaltet,
• - ein Ausgangssignal des Melders erwartet und
• - dessen Weitergabe unterdrückt.

13. Meldeanlage nach Anspruch 12, wobei die Infrarot­ strahlungsquelle eine Glühlampe ist.

14. Meldeanlage nach Anspruch 12, wobei die Infrarot­ strahlungsquelle eine Infrarot-Heizeinrichtung ist.

15. Meldeanlage nach Anspruch 14, wobei das Einschaltsi­ gnal für die Infrarot-Heizeinrichtung das Ausgangs­ signal des Melders logisch invertiert.