DE4409900C1 - Optischer Rauchmelder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Rauchmelder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei optischen Rauchmeldern ist wenigstens ein Sender vorhanden, der als Strahlungsquelle dient. Dies kann zum Beispiel eine im Infrarotbereich emittierende LED sein. Es ist ferner ein Empfänger vorhanden, mit dem in den Strahlengang des Senders eintretende Rauchpartikel aufgrund des dann auftretenden Streulichtes detektiert werden. Im Strahlengang der Quelle befindet sich unvermeidlich aber auch ein Teil des Innengehäuses des Rauchmelders. Dieser Teil des Gehäuses erzeugt ebenfalls Streulicht. Wenn sich dort Staubteilchen ablagern, kann dies zu einem Fehlalarm des Rauchmelders führen.

Nach US 4,906,978 wird vorgeschlagen, die vom Sender beleuchteten Flächen nach Art eines optischen Sumpfes zu gestalten. Dies wird erreicht durch eine starke Strukturierung der beleuchteten Oberflächen, insbesondere sollen in die Oberflächen Rillen eingebracht sein. Von den auf den Rillen abgelagerten Staubteilchen reflektiertes Licht soll durch Mehrfachreflexion an den Rillenwänden beziehungsweise den dort abgelagerten Staubteilchen soweit abgeschwächt werden, daß dieser Streulichtanteil vernachlässigbar wird. Es handelt sich hierbei um ein passives Verfahren zur Vermeidung von an der Innenwand reflektiertem Streulicht.

Mittels des Empfängers ist zu entscheiden, ob durch einen Brand erzeugte Aerosole in so hoher Konzentration vorliegen, daß ein Brandalarm ausgelöst werden muß. Dies ist nur zulässig, wenn sich das vom Empfänger detektierte Signal von der Hintergrundhelligkeit ausreichend unterscheidet. Die Hintergrundhelligkeit ist gegeben durch die oben beschriebene Verspiegelung der Innenwände des Rauchmelders durch Staubablagerung. Zusätzlich sind aber in der durch den Rauchmelder geführten Luft grundsätzlich Aerosole in "natürlicher Menge" vorhanden. Die durch diese natürlichen Aerosole erzeugte Streustrahlung gehört ebenfalls zur Hintergrundhelligkeit. Ein passives Element wie der oben beschriebene, rillenförmige, optische Sumpf kann zwischen Verspiegelung der Wand und den natürlichen Aerosolen nicht unterscheiden.

Aus der DE-GM 77 08 962 ist ein optischer Rauchmelder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Allerdings ist bei diesem Rauchmelder der optische Sumpf nicht schwingbar ausgebildet.

Beim Trübungsmesser gemäß DE-GM 19 47 311 wird zwar ebenfalls das Empfängersignal moduliert, jedoch geschieht dies über einen drehbar angeordneten Hauptpolarisator, so daß diese Entgegenhaltung den schwingbar ausgebildeten Sumpf dem Fachmann nicht nahelegen kann.

Aufgabe der Erfindung war es daher, die die Hintergrundhelligkeit bestimmenden Faktoren selektiv nach Verspiegelung der Wand einerseits und Anteil der Streustrahlung an natürlichen Aerosolen andererseits zu bestimmen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Die Ansprüche 2 bis 6 geben weitere Gestaltungen der Erfindung an.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß bei einem optischen Rauchmelder mit wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger, wobei in der optischen Achse des Senders ein optischer Sumpf angeordnet ist, der optische Sumpf wenigstens teilweise in dem vom Sender beleuchteten Teil schwingbar ausgebildet ist. Hierdurch wird am Empfänger ein Signal aufgrund der Wandreflexion erzeugt, welches sich mit der Frequenz des schwingenden Teiles verändert. Dies wird anhand der beigefügten schematischen Fig. 1 erläutert.

Die Fig. 1 zeigt die vom Empfänger gemessene Intensität I (Ordinate) in Abhängigkeit von der Zeit t (Abszisse). Zu einer Zeit t0 liegt eine Hintergrundhelligkeit H1 vor, die sich aus den Anteilen für natürliche Aerosole Ae und aus dem Anteil der Wandverspiegelung V1 zusammensetzt. Zu Zeit t1 wird der optische Sumpf im Beleuchtungsstrahlengang des Senders in Schwingung versetzt. Das daraus folgende Intensitätssignal schwankt um den Mittelwert H1. Die Amplitude A1 ist ein Maß für die Verspiegelung V1. Zu einer Zeit t2 liegt eine durch erhöhte Verspiegelung V2 erhöhte Hintergrundhelligkeit H2 vor. Die bei Einschalten der Schwingung des optischen Sumpfes folgende Intensitätsschwankung mit der Amplitude A2 gibt die erhöhte Verspiegelung des Sumpfes wieder. Da die Amplituden in erster Näherung nur von der Verspiegelung abhängig sind, kann, zum Beispiel mit einer Kalibrierung, der Aerosolanteil bestimmt werden. Zusätzlich läßt sich eine besonders starke Verschmutzung des Melders detektieren. Wenn die Verschmutzung so weit geht, daß Luft von außen in den Melder nicht mehr eindringen kann, dann werden sich die im Melder vorhandenen Aerosole absetzen, und dieser Teil der Hintergrundhelligkeit wird gegen Null gehen. Dementsprechend nimmt die Amplitude überproportional zur Hintergrundhelligkeit zu, da der Anteil Ae wegfällt. Hierdurch kann auf eine "Dichtheit" der Einlaßöffnungen geschlossen werden.

Bevorzugt ist der schwingbare Teil des optischen Sumpfes mit einem Piezoschwinger verbunden. Hierdurch wird der mechanische Aufbau erleichtert. Insbesondere kann die Oberfläche des Piezoschwingers selbst als optischer Sumpf dienen.

Nach einer weiter bevorzugten Ausführung hat die beleuchtete Oberfläche eine sich über die Oberflächenrauhigkeit erhebende Makrostruktur. Hierbei kann es sich um Rillen aber auch um zylinder-, pyramiden-, quarderförmige oder kegelförmige Erhebungen handeln. Durch die Makrostruktur wird das Verhältnis zwischen der Amplitude der rückgestreuten Intensität und dem Gleichanteil der Hintergrundstrahlung optimierbar, da durch die Formgebung der Makrostruktur und die Optimierung der Schwingrichtung der reflektierte Anteil erhöht werden kann. Dies ist hier unschädlich, da durch die Schwingung und die entsprechende Schwankung der am Empfänger gemessenen Amplitude die Verspiegelung eindeutig von der durch die Aerosole erzeugten Streuung unterschieden werden kann, ein Fehlalarm auf diese Weise also auszuschließen ist.

Nach einer weiter bevorzugten Ausführung wird die Frequenz der Schwingung des optischen Sumpfes außerhalb des hörbaren Bereiches gewählt.

Nach einer weiter bevorzugten Ausführung erfolgt die Schwingung des optischen Sumpfes nur für kurze Zeitabschnitte. Die Zeitabschnitte betragen wenige Sekunden oder Bruchteile von Sekunden. Je nach Anwendungsfall kann es genügen, die Schwingung wenige Male am Tag oder auch innerhalb einer Woche einzuschalten.

Nach einer weiter bevorzugten Ausführung kann während der eingeschalteten Schwingung des optischen Sumpfes die Intensität des Senders erhöht werden. In Verbindung mit einem geeigneten Meßprogramm zur Ausbildung des Empfängersignales kann dann die Verschmutzung der Kammer mit erhöhter Empfindlichkeit beobachtet werden.

Anhand einer schematischen Darstellung wird ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen optischen Rauchmelder in Fig. 2 erläutert. Der Rauchmelder 1 weist ein Gehäuse 2 auf einer Grundplatte 3 auf. In dem Gehäuse 2 sind Öffnungen 6 für den Eintritt von Aerosolen vorgesehen. Dem Sender 4 gegenüber steht der optische Sumpf 7 und der Empfänger 5. Der Sumpf 7 ist auf einen Piezoschwinger 8 aufgebracht. Das von dem Sender 4 imitierte Licht fällt über den Sumpf 7 auf den Empfänger 5. Bei eingeschaltetem Piezoschwinger 8 ergibt sich der in Fig. 1 schematisch dargestellte Intensitätsverlauf am Empfänger 5.

Claims (6)

1. Optischer Rauchmelder mit wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger, wobei in der optischen Achse des Senders ein optischer Sumpf angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sumpf wenigstens teilweise in dem vom Sender beleuchteten Teil schwingbar ausgebildet ist, so daß bei Erregung der Schwingung am Empfänger ein Signal erzeugt wird, welches sich mit der Frequenz der Schwingung verändert.

2. Optischer Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schwingbare Teil mit einem Piezoschwinger verbunden ist.

3. Optischer Rauchmelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beleuchtete Teil eine Makrostruktur aufweist.

4. Optischer Rauchmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Schwingung des schwingbaren Teiles des optischen Sumpfes im nichthörbaren Bereich liegt.

5. Optischer Rauchmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung nur für kurze Zeitabschnitte (Pulse) angeregt wird.

6. Optischer Rauchmelder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Zeitabschnitte der Schwingung die Intensität des Senders erhöht ist.