DE69030799T2

DE69030799T2 - Feueralarmsystem sowie Verfahren dazu und Umgebungsmonitor

Info

Publication number: DE69030799T2
Application number: DE69030799T
Authority: DE
Inventors: Haruhisa Goto; Keiichi Miyamoto; Kazunari Naya; Hiroomi Sato; Hideo Segawa
Original assignee: Kajima Corp; Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1989-08-23
Filing date: 1990-08-21
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2010-08-22
Also published as: DE69030799D1; EP0419046A1; EP0419046B1; US5153563A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Branderfassung unter Anwendung eines Infrarot-Erfassungsverfahrens, insbesondere ein Branderfassungssystem, das einfallende IR-Strahlung in eine Vielzahl von Wellenlängenbandbereiche trennt, eine Änderung des Absolutwerts und das Verhältnis der IR-Strahlung jedes getrennten Wellenlängenbands erfaßt und in Abhängigkeit von der erfaßten Änderung jiber die Zeit feststellt, ob ein schwerer bzw. gefährlicher Brand vorliegt oder nicht. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Branderfassungssystem, das ausgebildet ist zur Anwendung bei einem Brandschutzsystem, wie es in einer Wohnanlage, einem Gebäude, einem Warenhaus usw. verwendet wird, wo eine zuverlässige und hochempfindliche Branderfassung erforderlich ist, und das frei von Fehlalarmen ist, die durch unschädliche Entflammungsquellen wie etwa eine elektrische Heizvorrichtung, eine Gasheizung und einen Heizofen verursacht werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem Technologie, die mit einem Umgebungsmonitor angewandt wird, der das Auftreten eines schweren Raumbrands sowie eine Raumumgebung, die für eine Person unangenehm ist, erfaßt und ein Signal erzeugt, das entweder eine Warneinrichtung oder eine Klimatisierungseinheit steuert.
Es gibt eine Vielzahl von bekannten Branderfassungsverfahren und -systemen, die das Auftreten eines schweren Brands automatisch erfassen. Diese Verfahren und Systeme sollen das Auftreten eines schweren Brands in einem vorbestimmten überwachten Bereich erfassen und müssen so wirken, daß eine Fehlfunktion aufgrund einer Heizquelle oder einer Heizein richtung, die ein unschädliches Feuer liefert, z. B. eines Heizofens, kaum auftritt, und die gegenüber dem Auftreten eines gefährlichen Brands hochempfindlich ist. Bekannte Branderfassungssysteme, die z. B. eine Fotozelle, ein Bimetall oder eine Telekamera verwenden, sind vorgeschlagen worden. Bei dem Branderfassungssystem vom Fotozellentyp treten Fehlfunktionen aufgrund von Sonnenlicht oder Licht einer elektrischen Leuchte usw. auf, weil die Fotozelle für die UV-Wellenlänge empfindlich ist. Das Branderfassungssystem vom Bimetalltyp ist nicht ausreichend wirkungsvoll aufgrund der geringen Brandempfindlichkeit des Bimetalls. Bei dem Branderfassungssystem vom Telekameratyp treten Schwierigkeiten bei der Feststellung einer Brandsituation auf, und es benötigt eine zu große Anzahl von Telekameras sowie ständige Überwachung durch eine Person, so daß ein gewünschtes Betriebsverhalten nur schwer zu erzielen ist.
In dieser Situation ist vor einiger Zeit ein Infrarot- bzw. IR-Strahlenerfassungsverfahren zum Erfassen von IR-Strahlung von einer Flamme geschaffen worden. Dieses IR-Strahlenerfassungsverfahren hat nicht nur ein einfaches System zum Feststellen des Auftretens eines Brandes, wenn es IR-Strahlung mit einem vorbestimmten oder höheren Pegel erfaßt, sondern auch ein Branderfassungssystem (siehe die geprüfte JP-Patentanmeldung Dokument SHO 56-7196) mit einer Determinante, um zu bestimmen, ob der Pegel eines Ausgangssignals eines IR-Sensors über einen vorbestimmten Zeitraum eine Anstiegstendenz hat.
Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit sind ferner Anstrengungen unternommen worden, eine Technologie zu entwickeln zur getrennten Erfassung von zwei oder mehr Wellenlängenbandbereichen einer IR-Strahlung einer Flamme und zur Feststellung aufgrund der erfaßten Signale, ob ein Brand vorliegt. Eine Form dieser Technologie ist ein System mit einem Sensor für sichtbare oder nahe IR-Strahlung und einem Sensor für IR Strahlung, wobei das System ein unschädliches Feuer feststellt, wenn die Intensität der sichtbaren oder nahen IR- Strahlung höher als die der IR-Strahlung ist, was etwa im Fall der Strahlung von einer elektrischen Leuchte usw. der Fall ist.
Eine andere Form dieser Technologie ist ein System, das die eigene spektrale Verteilung einer Flamme erfaßt. Die spektrale Verteilung von IR-Strahlung von einer IR-Quelle ohne Flamme ist allgemein in Übereinstimmung mit dem Planckschen Strahlungsgesetz, wie es die Vollinien A und C von Fig. 2 zeigen, so daß sich die Obergrenze der spektralen Verteilung umso weiter in Richtung zu einem kürzeren Wellenlängenbandbereich verlagert, je höher die Temperatur eines Heizobjekts ist. Andererseits hat ein IR-Strahlungsobjekt mit einer Flamme einen anderen Eigencharakter. Es hat nämlich eine spektrale Verteilung mit einem Peak, wie die Vollinie B von Fig. 2 zeigt. Der Peak der spektralen Verteilung der Volllinie B leitet sich von dem pHänomen der CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung einer Wellenlänge von ca. 4,3 µm ab. Grundsätzlich bedeutet daher die Erfassung des Peaks der Wellenlänge von ca. 4,3 µm, der durch CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung verursacht ist, die Erfassung einer Flamme.
Es wurden einige Versuche vorgeschlagen, um den Peak der Wellenlänge von ca. 4,3 µm zu erfassen. Beispielsweise wird in der nichtgeprüften JP-Patentanmeldung Nr. SHO 50-2497 die Strahlungsmenge bei der Wellenlänge von 4,3 µm und bei zwei Wellenlängen vor und nach der Wellenlänge von 4,3 µm erfaßt und die Anwesenheit einer Flamme festgestellt, wenn jede der Strahlungsmengen bei der Wellenlänge von 4,3 µm und bei den beiden Wellenlängen vor und nach der Wellenlänge von 4,3 µm gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist. Außerdem wird gemäß der nichtgeprüften JP-Patentanmeldung Nr. SHI 57-96492 festgestellt, ob zwischen zwei Vorsprüngen der Strahlungsmenge eine Vertiefung vorhanden ist oder nicht, um das Auftreten einer Flamme zu erfassen.
Bei einem Verfahren zum Bestimmen des Auftretens von unschädlichem Feuer, wenn die Strahlungsintensität der sichtbaren oder nahen IR-Strahlung größer als die Strahlungsintensität der übrigen IR-Strahlung ist, wie beispielsweise bei Licht von einer elektrischen Lampe, ist das Auftreten eines Fehlalarms aufgrund von normalem Licht von der elektrischen Lampe selten. Da aber dieses Verfahren als das Auftreten eines gefährlichen Brands die Anwesenheit einer Heizeinrichtung wie etwa einer elektrischen Heizeinrichtung feststellt, die keine oder nur geringe sichtbare oder nahe IR-Strahlung hat, wird bei diesem Verfahren ein Fehlalarm erzeugt, so daß die Anwendung des Verfahrens sehr beschränkt ist.
Bei dem Verfahren zum Erfassen der Strahlungsmengen bei der Wellenlänge von 4,3 µm und zwei Wellenlängen vor und nach der Wellenlänge von 4,3 µm und zum Feststellen der Anwesenheit einer Flamme, wenn jede der Strahlungsmengen bei der Wellenlänge von 4,3 µm und zwei Wellenlängen vor und nach der Wellenlänge von 4,3 µm gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist, kann dieses Verfahren zwar die Anwesenheit einer Flamme erfassen, kann aber nicht feststellen, ob die Flamme von einem gefährlichen Brand oder einem normalen oder Flammen-Heizelement stammt. Das heißt also, dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß es einen Fehlalarm aufgrund des Auftretens einer Flamme eines Gasherds, Gasofens oder dergleichen erzeugen kann.
Es gibt verschiedene bekannte Klimaanlagen, die Raumbedingungen mittels eines Temperatursensors und eines Feuchtesensors erfassen, um eine Raumkühlung und Raumheizung oder die Klimatisierungseinheiten zu steuern und dadurch eine komfortable Raumumgebung zu schaffen.
Diese bekannten Klimaanlagen steuern eine Raumtemperatur in Abhängigkeit von einem Erfassungssignal von einem Temperatursensor vom Kontakttyp, z. B. einem Thermistor, der in oder nahe dem Körper der Klimatisierungseinheiten angeordnet ist. Dabei berücksichtigen die Klimatisierungseinheiten nur die Temperatur der den Temperatursensor umgebenden Luft als eine mittlere Raumtemperatur, um die Raumheizung und Raumkühlung der Klimatisierungseinheiten zu steuern.
Die Temperatur, die eine im Raum befindliche Person fühlt, ist der wichtigste Faktor für die Steuerung einer Raumumgebung mit Hilfe von Klimaanlagen oder Raumheiz- und Raumkühleinrichtungen. Die Temperatur von Strahlungswärme, die die Haut eines menschlichen Körpers aufgrund von IR-Strahlung von Innenoberflächen eines Raums aufnimmt, trägt zu der Temperatur bei, die der Körper der Person zusätzlich zu der Temperatur der Luft fühlt, die mit der Haut der Person in direktem Kontakt ist. Beispielsweise erzeugt Wärme, die von einer Raumheizeinrichtung, einer Fensteranordnung usw. abstrahlt, ein Wärmegefühl an einem menschlichen Körper, und wenn eine Fensteranordnung und eine Raumwand Strahlungswärme von einem menschlichen Körper absorbieren, erzeugt dies das Gefühl einer bis auf die Knochen fühlbaren Kälte. Das bekannte Verfahren zum Steuern einer Umgebung in Abhängigkeit von einem einzigen Temperatur-Ausgangswert des Temperatursensors vom Kontakttyp wie etwa des Thermistors, der die Luft mißt, die mit dem Temperatursensor vom Kontakttyp in Kontakt ist, kann daher für einen Menschen keine wirklich angenehme Umgebung schaffen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme gemacht. Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Branderfassungssystems, das nur sehr selten einen Fehlalarm aufgrund von Normalbedingungen bei der Verwendung von Heizvorrichtungen erzeugt, die für den Lebensraum nützlich sind, z. B. einer elektrischen Heizeinrichtung, einer Gasheizeinrichtung und eines Ofens, und das mit hoher Empfindlichkeit das Auftreten eines gefährlichen Brands erfaßt.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Efindung ist die Bereitstellung eines Branderfassungsverfahrens, das imstande ist, das Fortschreiten eines Brands zu erkennen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Umgebungsmonitors, der eine Änderung in einer Raumumgebung einschließlich des Auftretens eines gefährlichen Brands erfaßt, ferner fähig ist, eine für eine Person komfortable Raumumgebung zu schaffen, nur sehr selten einen Fehlalarm als Reaktion auf den Normalgebrauch einer Heizeinrichtung erzeugt und das Auftreten eines gefährlichen Brands mit hoher Empfindlichkeit erfaßt.
DE-A-2 819 183 und DE-A-3 140 678 zeigen Branderfassungssysteme mit drei Detektoren, die jeweils ein anderes Wellenlängenband von IR- oder naher IR-Strahlung detektieren.
JP-A-64/74695 zeigt ein Branderfassungssystem, das folgendes aufweist: wenigstens vier Bandpaßfilter, die Infrarotstrahlung von einer Quelle in einem überwachten Raum in wenigstens vier Wellenlängenbandbreiten (λa, λb, λc und λd) trennen; wenigstens vier Infrarotsensoren, die die getrennten Infrarotstrahlungen, die durch die jeweiligen Bandpaßfilter gehen, erfassen; und einen Signalprozessor, der bestimmt, ob ein schwerer Brand vorliegt oder nicht, und gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein solches Branderfassungssystem dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Durchlaßband-Wellenlängen der wenigstens vier Wellenlängenbandbreiten (λa, λb, λc und λd) 3 µm, 4,3 µm, 5 µm bzw. 8,5 µm sind; und daß die Temperatur (T) der Infrarotquelle von dem Signalprozessor auf der Basis der Ausgangssignale (Va, Vb und Vd) derjenigen Infrarotsensoren, die von dem Infrarotsensor verschieden sind, der das CO&sub2;- Molekülresonanzstrahlungsband mit einem Peak von ca. 4,3 µm erfaßt, entsprechend der folgenden Gleichung berechnet wird:
wobei i eines ist, das aus a, c und d ausgewählt ist, und j eines ist, das aus a, c und d ausgewählt ist, und i nicht gleich j ist, woraufhin die Infrarotstrahlungsintensität (Pi) einer dieser Wellenlängenbandbreiten aus der berechneten Temperatur (T) berechnet wird; und die Heizfläche (S) der Infrarotquelle auf der Basis der berechneten Infrarotstrahlungsintensität (Pi), von Eigenschaften der Infrarotsensoren (Ai) und des Ausgangssignals des Infrarotsensors (Vi), der den einen der Wellenlängenbereiche erfaßt, entsprechend der folgenden Gleichung berechnet werden:
und die Schwarzkörper-Strahlungsintensität der Infrarotquelle des Wellenlängenbereichs der CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung aus der berechneten Temperatur (T) und der Heizfläche (S) berechnet wird; daß der Rechenwert der Schwarzkörper- Strahlungsintensität mit dem Ausgangswert (Vb) des Sensors verglichen wird, der den CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsbereich erfaßt, so daß der Signalprozessor bestimmt, daß ein schwerer Brand vorliegt, wenn der Ausgangswert (Vb) des Sensors, der den CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsbereich erfaßt, größer als der Rechenwert der Schwarzkörper-Strahlungsintensität ist und die Heizfläche (S) eine Tendenz zur Zunahme hat.
Das Branderfassungssystem des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung erfaßt CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung, wenn eine nutzliche Flammenheizeinrichtung wie etwa eine Gasheizeinrichtung oder ein mit offener Flamme betriebener Ofen die Infrarotquelle (kurz: IR-Quelle) bildet, und bestimmt den Flammzustand einer Flammenheizeinrichtung als unschädliches Feuer, da die erfaßten Ausgangswerte der Wellenlängenbänder und ein Verhältnis der erfaßten Ausgangswerte konstant werden. Weiterhin bestimmt dieses Branderfassungssystem die Verwendung einer nützlichen flammenlosen Heizeinrichtung wie etwa einer elektrischen Heizeinrichtung als ein unschädliches Feuer, wenn die flammenlose Heizeinrichtung die IR- Quelle bildet, da die erfaßten Ausgangswerte der Wellenlängenbandbereiche und ein Verhältnis der erfaßten Ausgangswerte konstant sind und das Branderfassungssystem keine CO&sub2;- Molekülresonanzstrahlung erfaßt. Somit beseitigt dieses Branderfassungssystem das Auftreten einer Fehlfunktion, die durch den Normalzustand der nützlichen Heizeinrichtung fälschlich verursacht wird, so daß eine genaue Branderfassung möglich ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Erfassen eines Brands folgendes auf: Trennen der Infrarotstrahlung von einer Quelle in einem überwachten Raum in wenigstens vier Wellenlängenbandbreiten (λa, λb, λc und λd) durch wenigstens vier Bandpaßfilter; individuelles Erfassen der getrennten Infrarotstsrahlungen durch wenigstens vier Infrarotsensoren und Bestimmen, ob ein schwerer Brand vorliegt oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Durchlaßband-Wellenlängen der wenigstens vier Wellenlängenbereiche (λa, λb, λc und λd) 3 µm, 4,3 µm. 5 µm bzw. 8,5 µm sind; und gekennzeichnet durch Berechnen der Temperatur (T) der Infrarotguelle auf der Basis der Ausgangssignale der Infrarotsensoren, die von dem Infrarotsensor verschieden sind, der das CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsband erfaßt, das einen Peak von ca. 4,3 µm hat, entsprechend der folgenden Gleichung
wobei i eines ist, das aus a, c und d ausgewählt ist, und j eines ist, das aus a, c und d ausgewählt ist, und i nicht gleich j ist, woraufhin die Infrarotstrahlungsintensität (Pi) einer dieser Wellenlängenbandbreiten aus der berechneten Temperatur (T) berechnet wird; und die Heizfläche (S) der Infrarotquelle auf der Basis der berechneten Infrarotstrahlungsintensität (Pi), von Eigenschaften der Infrarotsensoren (Ai) und des Ausgangssignals des Infrarotsensors (Vi), der den einen der Wellenlängenbereiche erfaßt, entsprechend der folgenden Gleichung berechnet werden:
und die Schwarzkörper-Strahlungsintensität der Infrarotquelle des Wellenlängenbereichs der CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung aus der berechneten Temperatur (T) und der Heizfläche (S) berechnet wird; daß der Rechenwert der Schwarzkörper- Strahlungsintensität mit dem Ausgangswert (Vb) des Sensors verglichen wird, der den CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsbereich erfaßt, so daß der Signalprozessor bestimmt, daß ein schwerer Brand vorliegt, wenn der Ausgangswert (Vb) des Sensors, der den CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsbereich erfaßt, größer als der Rechenwert der Schwarzkörper-Strahlungsintensität ist und die Heizfläche (S) eine Tendenz zur Zunahme hat.
Dieses Verfahren kann eine zunehmende Heizfläche auf einem Monitor oder dergleichen anzeigen, um Informationen über den Fortgang des gefährlichen Brands zu liefern.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Umgebuhgsmonitor folgendes auf: wenigstens vier Bandpaßfilter, die Infrarotstrahlung von einer Quelle aus einem überwachten Raum in wenigstens vier Wellenlängenbandbreiten (λa, λb, λc und λd) trennen; wenigstens vier Infrarotsensoren, die die getrennten Infrarotstrahlen, die durch die jeweiligen Bandpaßfilter gehen, erfassen; und einen Signalprozessor, der bestimmt, ob ein schwerer Brand vorliegt oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Durchlaßband-Wellenlängen der wenigstens vier Wellenlängenbereiche (λa, λb, λc und λd) 3 µm, 4,3 µm, 5 µm bzw. 8,5 µm sind; und daß die Temperatur (T) in dem überwachten Raum von dem Signalprozessor auf der Basis der Ausgangssignale (Va, Vc und Vd) der Infrarotsensoren, die von dem Infrarotsensor verschieden sind, der das CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsband erfaßt, das einen Peak von ca. 4,3 µm hat, entsprechend der folgenden Gleichung berechnet wird:
wobei i eines ist, das aus a, c und d ausgewählt ist, und j eines ist, das aus a, c und d ausgewählt ist, und i nicht gleich j ist, woraufhin die Infrarotstrahlungsintensität (Pi) einer dieser Wellenlängenbandbreiten aus der berechneten Temperatur (T) berechnet wird; und die Heizfläche (S) des überwachten Raums auf der Basis der berechneten Infrarotstrahlungsintensität (Pi), von Eigenschaften der Infrarotsensoren (Ai) und des Ausgangssignals des Infrarotsensors (Vi), der den einen der Wellenlängenbereiche erfaßt, entsprechend der folgenden Gleichung berechnet werden:
und die Schwarzkörper-Strahlungsintensität der Infrarotquelle des Wellenlängenbereichs der CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung aus der berechneten Temperatur (T) und der Heizfläche (S) berechnet wird; daß der Rechenwert der Schwarzkörper- Strahlungsintensität mit dem Ausgangswert (Vb) des Sensors verglichen wird, der den CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsbereich erfaßt, so daß der Signalprozessor bestimmt, daß ein schwerer Brand vorliegt, wenn der Ausgangswert (Vb) des Sensors, der den CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsbereich erfaßt, größer als der Rechenwert der Schwarzkörper-Strahlungsintensität ist und die Heizfläche (5) in dem überwachten Raum eine Tendenz zur Zunahme hat.
Der Umgebungsmonitor des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung führt die Messung und ständige Überwachung der gemeinsamen physikalischen Größe der Strahlungstemperatur durch, um die Strahlungstemperatur für die Umgebungssteuerung zu steuern, und erkennt außerdem ein abnormales Muster der Strahlung als das Auftreten eines gefährlichen Brands. Der Umgebungsmonitor erfaßt CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung, um exakt zu bestimmen, ob eine entflammbare elektrische Heizeinrichtung, eine Flammenheizeinrichtung wie etwa eine Gasheizeinrichtung oder ein Flammenofen oder das Auftreten eines gefährlichen Brands eine Änderung der Temperatur der Gesamtumgebung verursacht. Somit ermöglicht dieser Umgebungsmonitor eine komfortabel eingestellte Umgebung für eine Person und eine fehlfunktionsfreie Branderfassung.
In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Grundanordnung eines Branderfassungssystems einer Ausführungsform eines ersten Aspekts der Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Wellenlänge und dem Wert (dem relativen Wert) einer IR-Strahlung von einer IR-Quelle zeigt;
Fig. 3 ein Diagramm, das eine Temperaturänderung beim Auftreten eines gefährlichen Brands darstellt;
Fig. 4 ein Diagramm, das eine Änderung einer Heizfläche beim Auftreten eines gefährlichen Brands darstellt;
Fig. 5 ein Blockbild einer Ausführungsform eines Signalprozessors;
Fig. 6 ein Diagramm, das eine Änderung des Ausgangssignals jedes IR-Sensors des Branderfassungssystems von Fig. 1 im Fall des Auftretens eines schweren Brands darstellt;
Fig. 7 eine Perspektivansicht eines Beispiels eines IR-Sensors vom Kompakttyp;
Fig. 8 eine Darstellung eines Branderfassungssystems mit dem IR-Sensor vom Kompakttyp von Fig. 7;
Fig. 9 eine perspektivische Explosionsansicht des IR- Sensors vom Kompakttyp von Fig. 7, wobei dessen Inneres gezeigt ist;
Fig. 10 ein Schaltbild eines Beispiels einer Schaltung des IR-Sensors vom Kompakttyp von Fig. 7;
Fig. 11 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Signalprozessors eines Branderfassungssystems eines zweiten Aspekts der Erfindung;
Fig. 12 ein Diagramm, das Verhältnisse von Meßausgangswerten von IR-Sensoren eines Branderfassungssystems des zweiten Aspekts der Erfindung darstellt;
Fig. 13 ein Diagramm, das Verhältnisse der theoretischen Werte von Meßausgangswerten der IR- Sensoren eines experimentellen Systems des zweiten Aspekts der Erfindung darstellt;
Fig. 14 ein Diagramm, das Verhältnisse der IR-Sensoren darstellt, wenn die experimentelle Vorrichtung des zweiten Aspekts der Erfindung eine Heizplatte überwacht;
Fig. 15(A) ein Diagramm, das eine Temperaturänderung darstellt, die aus dem Meßausgangswert der IR- Sensoren errechnet ist, wenn die experimentelle Vorrichtung der Erfindung die Heizplatte überwacht;
Fig. 15(B) ein Diagramm, das eine Änderung der Heizfläche darstellt, die aus dem Meßausgangswert der IR- Sensoren errechnet ist, wenn die experimentelle Vorrichtung der Erfindung die Heizplatte überwacht;
Fig. 15(C) ein Diagramm, das eine Änderung des CO&sub2;-Verhältnisses darstellt, das aus dem Meßausgangswert der IR-Sensoren errechnet ist, wenn die experimentelle Vorrichtung der Erfindung die Heizplatte überwacht;
Fig. 16(A) ein Diagramm, das eine Temperaturänderung darstellt, die aus dem Meßausgangswert der IR- Sensoren errechnet ist, wenn die experimentelle Vorrichtung der Erfindung eine Methanolflamme überwacht;
Fig. 16(B) ein Diagramm, das eine Änderung der Heizfläche darstellt, die aus dem Meßausgangswert der IR- Sensoren errechnet ist, wenn die experimentelle Vorrichtung der Erfindung die Methanolflamme überwacht;
Fig. 17(A) ein Diagramm, das eine Temperaturänderung darstellt, die aus dem Meßausgangswert der IR- Sensoren errechnet ist, wenn die experimentelle Vorrichtung der Erfindung das Anzünden einer Zeitung überwacht;
Fig. 17(B) ein Diagramm, das eine Änderung darstellt, die aus dem Meßausgangswert der IR-Sensoren errechnet ist, wenn die experimentelle Vorrichtung der Erfindung das Anzünden der Zeitung überwacht;
Fig. 17(C) ein Diagramm, das eine Änderung des CO&sub2;-Verhältnisses darstellt, das aus dem Meßausgangswert der IR-Sensoren errechnet ist, wenn die experimentelle Vorrichtung der Erfindung das Anzünden der Zeitung überwacht; und
Fig. 18 ein Schema der Grundanordnung einer Ausführungsform eines Umgebungsmonitors eines dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung.
Die Erfinder haben den erheblichen Unterschied zwischen einem gefährlichen oder schweren Feuer und einem ungefährlichen Feuer untersucht und sind zu folgendem Schluß gekommen.
Die Heizfläche und die Temperatur einer Heizeinrichtung, die kein gefährliches Feuer ist, sind entweder festgelegt oder werden innerhalb von wenigen Minuten konstant. Beispielsweise ist die Heizfläche einer Raumheizung festgelegt, und die Temperatur der Raumheizung wird innerhalb von wenigen Minuten konstant. Außerdem sind die Temperaturen und Heizflächen eines Zündholzes und eines Zigarrenanzünders nicht nur im wesentlichen festgelegt, sondern sie verlöschen auch innerhalb weniger Sekunden oder Minuten.
Dagegen ist ein schwerer oder gefährlicher Brand dadurch charakterisiert, daß sowohl die Heizfläche als auch die Temperatur des gefährlichen Brands ab dem Ausbrechen des gefährlichen Brands gleichzeitig zunehmen und außerdem dazu tendieren, innerhalb weniger Minuten nach dem Ausbruch des gefährlichen Brands zuzunehmen. Fig. 3 zeigt eine Temperaturänderung während der Entwicklung von einem Rauchzustand bis zu einem gefährlichen Brand. Fig. 4 zeigt eine Änderung der Heizfläche während des Fortschreitens von dem Rauchzustand zu dem gefährlichen Brand. In den Fig. 3 und 4 bezeichnet TF einen Flammzeitpunkt. Andererseits würde ein gefährlicher Brand ohne Entwicklung aus einem Rauchzustand, z. B. ein durch einen Brandsatz hervorgerufener Brand, eine Temperaturänderung ab dem TF-Zeitpunkt von Fig. 3 und eine Änderung der Heizfläche ab dem TF-Zeitpunkt von Fig. 4 erzeugen.
Wenn bei einem gefährlichen Brand eine IR-Strahlung des Feuers in eine Vielzahl von Wellenlängenbandbreiten zwischen einer kurzen Wellenlängen- und einer langen Wellenlängenbandbreite zerlegt wird, nehmen Meßausgangswerte der Wellenlängenbandbreiten über die Zeit zu, und Änderungen der Verhältnisse der Meßausgangswerte über die Zeit haben ein charakteristisches Verhalten. Dabei reflektiert die Intensität jedes Meßausgangswerts Fläche und Temperatur einer Heizquelle, und da andererseits ein Verhältnis der Meßausgangswerte die Temperatur der Heizquelle reflektiert, tendieren die Meßausgangswerte der Wellenlängenbandbreiten und das Verhältnis der Meßausgangswerte dazu, im Fall eines mit Rauchentwicklung einhergehenden gefährlichen Brands gleichzeitig zuzunehmen und dann sehr rasch zuzunehmen, wenn der Rauchbrand in einen offenen Brand übergeht. Die Heizfläche der Heizquelle nimmt jedoch immer noch zu, wogegen eine Temperaturzunahme der Heizquelle eine Tendenz hat, so zu bleiben, wie sie ist, so daß die Meßausgangswerte der Wellenlängenbandbreiten zunehmen und andererseits das Verhältnis der Meßausgangswerte im wesentlichen konstant wird. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der gefährliche Brand in einen Flammbrand übergegangen ist, steigt die CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung signifikant an, so daß die Intensität der CO&sub2;- Molekülresonanzstrahlung mit einer Zunahme der Brandfläche ansteigt. Dagegen erzeugt eine Flamme, die konstant geworden ist - ausgenommen die eines schweren Brands - keine solche Änderung über die Zeit.
Die Erfinder haben ferner das Auftreten eines gefährlichen Brands als eine Änderung der Umgebung in Betracht gezogen und eine Technologie zur Überwachung der Umgebung eines Wohnbereichs und eine Branderfassungs-Technologie vom selben Standpunkt aus untersucht. Diese Untersuchung führte zu dem Ergebnis, daß zur Schaffung einer Umgebung, in der sich eine in einem Raum befindliche Person am komfortabelsten fühlt, die beste Methode zur Umgebungseinstellung nicht nur eine Lufttemperatur des Innenraums überwacht, sondern hauptsächlich auch eine Strahlungstemperatur des Rauminneren überwacht. Die Erfinder gehen davon aus, daß, nachdem ein IR- Sensor eine Strahlungstemperatur überwachen kann und ein Verfahren zum Erfassen eines gefährlichen Brands mittels einer Strahlungstemperatur ebenfalls überlegen ist, ein einziger IR-Sensor ein Ausgangssignal erzeugen kann, um eine Raumumgebung mit Hilfe einer Klimatisierungseinheit oder dergleichen zu steuern und einen Brand zu erfassen.
Weiterhin haben die Erfinder im einzelnen eine Umgebungssteuerung und Branderfassung untersucht, die in Abhängigkeit von der Strahlungstemperatur durchgeführt wird. Dabei haben die Erfinder entdeckt, daß die Innenraum-Strahlungstemperatur aus Verhältnissen von Ausgangswerten einer Vielzahl von IR-Sensoren und zusätzlich von einem Temperatursensor vom Kontakttyp wie etwa einem Thermistor berechnet wird, um eine Temperatur zu überwachen, die der Körper eines Menschen, der sich in einem der Erfassung unterliegenden Raum befindet, tatsächlich fühlt, um eine Umgebung so zu steuern, daß es für den menschlichen Körper komfortabel ist.
Da die Temperatur einer Raumumgebung gewöhnlich ca. 300 K (d. h. 23 ºC) ist, ist die Obergrenze einer Strahlungswellenlänge ca. 10 µm. Somit hat der IR-Sensor bevorzugt ein Bandpaßfilter mit einer zentralen Durchlaßwellenlänge von 10 µm.
Wenn andererseits eine überwachte Umgebung eine entflammbare Raumheizeinrichtung wie etwa eine elektrische Heizeinrichtung aufweist, wird durch die Überwachung der Umgebung mit einem einzigen IR-Sensor mit dem 10 µm-Bandpaßfilter festgestellt, daß die Temperatur der Gesamtumgebung auch dann zugenommen hat, wenn die elektrische Heizeinrichtung die Temperatur nur eines Teils der Umgebung erhöht. Somit kann bevorzugt eine Überwachung der Umgebung mit Hilfe eines zusätzlichen IR-Sensors mit einem Bandpaßfilter mit einer zentralen Durchlaßwellenlänge von ungefähr 4 µm vorgesehen werden.
Da die Intensität einer IR-Strahlung der Wellenlänge von 4 µm aus einer Umgebung ohne Raumheizung ausreichend geringer als die einer IR-Strahlung einer Wellenlänge von 10 µm ist und da die Intensitäten einer IR-Strahlung mit 4 µm und 10 µm Wellenlänge aus einer Umgebung mit einer entflammbaren Raumheizung wie etwa einer elektrischen Heizeinrichtung einander im wesentlichen gleich sind, ergeben Erhöhungen beider Intensitäten der IR-Strahlungen von 4 µm und 10 µm Wellenlänge im letzteren Fall eine Möglichkeit der Feststellung, daß die entflammbare Raumheizung aufheizt, und andererseits liefert eine niedrige Intensität der IR-Strahlung der Wellenlänge von 4 µm im letzteren Fall eine Möglichkeit der Feststellung, daß die Temperatur der Gesamtumgebung ansteigt.
Somit schafft die nachfolgende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Branderfassungssystem, das als Reaktion auf einen Normalbetrieb einer Nutzheizung in einer Wohnumgebung im wesentlichen keinen Fehlalarm erzeugt (d. h. nur sehr selten einen Fehlalarm erzeugt) und hochempfindlich auf einen gefährlichen Brand anspricht, ferner ein Branderfassungsverfahren, das ein Fortschreiten eines Brands zusätzlich zu den Vorgängen des obigen Branderfassungssystems erkennt, sowie einen Umgebungsmonitor, der eine für Menschen komfortable Innenraumumgebung schafft und als Reaktion auf den Normalbetrieb einer Nutzheizung in einer Wohnumgebung im wesentlichen keinen Fehlalarm erzeugt (d. h nur sehr selten einen Fehlalarm erzeugt).
Fig. 1 zeigt schematisch die Grundanordnung eines Branderfassungssystems einer Ausführungsform eines ersten Aspekts der Erfindung.
Eine IR-Strahlungserfassungseinheit D empfängt IR-Strahlung von einer IR-Quelle 5 und trennt die IR-Strahlung in eine Vielzahl von Wellenlängenbandbereichen, um die Intensität jedes Wellenlängenbandbereichs zu erfassen.
Die IR-Strahlungserfassungseinheit D weist folgendes auf: einen rotierenden Unterbrecher 1, der periodisch die IR- Strahlung von der IR-Quelle 5 unterbricht; vier Bandpaßfilter 2a, 2b, 2c und 2d, die jeweils ein optisches Filter mit einem jeweils anderen Durchlaßbereich aufweisen, das nicht auf eine spezielle Form beschränkt ist; und vier IR- Sensoren 3a, 3b, 3c und 3d, die jeweils IR-Strahlung erfassen, die durch das entsprechende Bandpaßfilter 2a bis 2d durchgelassen wird. Entsprechend dem vierfach aufgeteilten System der ersten Ausführungsform der Erfindung sind die zentralen Wellenlängen der Durchlaßbereiche der Bandpaßfilter 2a bis 2d geeignet gewählt. Eines der Bandpaßfilter 2a bis 2d läßt den Wellenlängenbandbereich (d. h. 4,3 µm) der CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung durch. Wie beispielsweise in Fig. 6 gezeigt ist, läßt das Bandpaßfilter 2c die CO&sub2;- Molekülresonanzstrahlung durch. Die zentrale Wellenlänge des Durchlaßbereichs von 5,5 bis 8 µm sollte vermieden werden, da in der Luft enthaltener Dampf einen großen Teil einer IR- Strahlung von 5,5 bis 8 µm absorbiert. Die Anzahl von Teil- Durchlaßbereichen braucht nicht auf vier beschränkt zu sein, sondern kann zwei oder mehr, beispielsweise bis zu wenigstens fünf, betragen.
Ein optisches Filter für die Bandpaßfilter 2a bis 2d weist eine Vielfachschicht auf, in der eines von ZnSe, ZnS, Ge und anderen Dielektrika alternierend im Vakuum auf einem Substrat aus Si oder dergleichen übereinander abgeschieden sind. Die Dicke der Vielfachschicht wird dabei entsprechend einem gewünschten Durchlaßbereich bestimmt.
Die IR-Sensoren 3a bis 3d können IR-Halbleitersensoren, Thermoketten oder pyroelektrische IR-Sensoren sein. Der IR- Halbleitersensor wird nicht bevorzugt, weil er gekühlt werden muß. Die Thermokette oder der pyroelektrische IR- Sensor wird bevorzugt. Der pyroelektrische IR-Sensor wird am meisten bevorzugt. Wenn jeder der IR-Sensoren 3a bis 3d mit einer Thermokette gebildet ist, kann als Alternative der Unterbrecher 1 entfallen. Da der pyroelektrische IR-Sensor ein differenzierender Sensor ist, der nur in Abhängigkeit von einer Temperaturdifferenz wirkt, ist er für das System der Erfindung zur Erfassung eines Temperaturanstiegs optimal. Der pyroelektrische IR-Sensor hat eine Anordnung, bei der die obere Oberfläche und die hintere Oberfläche einer dünnen Platte aus einem pyroelektrischen Material wie etwa Lithiumtantalat oder PbxZry03 Elektroden tragen, die darauf im Vakuum usw. abgeschieden sind. Eine Si-Fotodiode kann alternativ verwendet werden, um einen nahen IR-Bandbereich mit einer Wellenlänge von ungefähr 1 µm zu erfassen.
Ein Schrittmotor und ein Gleichstrommotor drehen den Unterbrecher 1 auf geeignete Weise. Der Gleichstrommotor benötigt einen Drehzahlsensor wie etwa einen Fotounterbrecher 4, um die Drehzahl des Unterbrechers 1 zu erfassen. Der Schrittmotor braucht keinen Unterbrecher, da ein Antriebsimpulssignal für den Schrittmotor die Drehzahl des Schrittmotors vorgibt.
Ein Signalprozessor 10 empfängt und verarbeitet Ausgangssignale der IR-Sensoren 3a bis 3d und das Drehzahlerfassungssignal des Unterbrechers 1 von dem Fotounterbrecher 4.
Der Signalprozessor 10 verarbeitet die Werte der Ausgangssignale der IR-Sensoren 3a bis 3d, die Verhältnisse der Ausgangswerte und Änderungen in den Werten der Ausgangssignale und den Verhältnissen der Ausgangssignale über die Zeit, er stellt auf der Basis der Operationsergebnisse fest, ob die überwachte IR-Quelle S ein gefährlicher Brand ist oder nicht&sub1; und er erzeugt ein Signal zum Ansteuern eines Alarms, wenn festgestellt wird, daß die überwachte IR-Quelle S ein gefährlicher Brand ist.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel des Signalprozessors 10. Verstärker 11a, 11b, 11c und 11d empfangen Ausgangssignale der IR-Sensoren 3a bis 3d und verstärken sie auf gewünschte Pegel. Ein Phasenschieber 12 empfängt das Drehzahlerfassungssignal vom Fotounterbrecher 4 und erzeugt Synchronisiersignale SIN und COS , die zueinander um 90º phasenverschoben sind.
Synchrondetektoren 13a&sub1;, 13b&sub1;, 13c&sub1; und 13d&sub1; sowie 13a&sub2;, 13b&sub2;, 13c&sub2; und 13d&sub2; empfangen und detektieren die Ausgangssignale der Verstärker 11a bis 11d synchron mit den Synchronisiersignalen SIN und COS . Quadriermultiplizierer 14a&sub1;, 14b&sub1;, 14c&sub1; und 14d&sub1; sowie 14a&sub2;, 14b&sub2;, 14c&sub2; und 14d&sub2; quadrieren die Detektierausgangswerte der Synchrondetektoren 13a&sub1; bis 13d&sub1; und 13a&sub2; bis 13d&sub2;. Addierer 15a, 15b, 15c und 15d addieren Ausgangswerte der Quadriermultiplizierer 14a&sub1; bis 14d&sub1; und 14a&sub2; bis 14d&sub2; für jeden Kanal. Quadratwurzel prozessoren 16a, 16b&sub1; 16c und 16d bilden die Quadratwurzel der Ausgangswerte der jeweiligen Addierer 15a bis 15d. So wird durch die Operation der jeweiligen Synchronisations-Erfassung von 90º phasenverschobenen Synchronisiersignalen jedes Paars und anschließendes Erzeugen eines Mittelwerts von quadrierten Synchronisations-Detektierausgangssignalen eine Phasenabweichung eliminiert, die durch eine Fehlausrichtung zwischen dem Unterbrecher 1 und jedem der IR- Sensoren 3a bis 3d verursacht ist, usw. A/D-Wandler 17a bis 17d führen die A/D-Umwandlung der Ausgangswerte der Quadrierprozessoren 16a bis 16d aus. Ein Mikrocomputer 18 empfängt und verarbeitet die Ausgangssignale der A/D-Wandler 17a bis 17d. Bei der Ausführungsform von Fig. 5 erzeugen analoge Quadrier-Multiplizierer mittlere Abweichungsquadrate. Als Alternative kann durch die A/D-Umwandlung von Synchronisations-Detektiersignalen und Zuführen derselben zu einem Mikrocomputer ein mittleres Abweichungsquadrat davon gebildet werden. Alternativ erlaubt die A/D-Umwandlung der Ausgangssignale der Verstärker 11a bis 11d dem Mikrocomputer 18, eine Synchronisations-Detektierung davon auszuführen.
Der Mikrocomputer 18 führt an den Erfassungssignalen in Intervallen von einigen Sekunden durch Zeitgeber-gesteuerte Unterbrechung eine Operation aus, speichert Daten eines Anstiegs der Temperatur der IR-Quelle und einer Zunahme einer Heizfläche sowie die Anwesenheit oder Abwesenheit von CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung, überwacht die Daten, um festzustellen, ob die Temperatur und die Heizfläche der IR- Quelle kontinuierlich zunehmen oder nicht, stellt das Auftreten eines gefährlichen Brands fest, wenn die Temperatur und die Heizfläche der IR-Quelle zunehmen, und aktiviert einen Treiber 19, um ein Relais RLY einzuschalten und dadurch einen Alarm 20 zu betätigen.
Insbesondere zeigt Fig. 6, wie sich die Ausgangssignale der IR-Sensoren 3a bis 3d im Fall eines gefährlichen, mit Rauchentwicklung verbundenen Brands ändern. Dabei steigen die Ausgangssignale a, b, c und d der IR-Sensoren 3a bis 3d mit einem Temperaturanstieg und einer Zunahme einer Brandausbreitungsfläche in der Folge der Ausgangssignale d, c, b und a an. Da die CO&sub2;-Molekülresonanzstsrahlung zu dem Flammzeitpunkt TF steil ansteigt, steigt von den Ausgangssignalen der IR-Sensoren 3a bis 3d das Ausgangssignal c des IR-Sensors 3c steil an. Da die IR-Quelle nach dem Flammzeitpunkt TF in Flammen steht, ist der Temperaturanstieg niedrig, und eine Zunahme der IR-Strahlungsmenge, der durch eine Zunahme der Brandausbreitungsfläche verursacht ist, überwiegt nunmehr, so daß die Ausgangssignale a, b, c und d der IR-Sensoren 3a bis 3d ansteigen, aber die Verhältnisse der Ausgangssignale a, b, c und d im wesentlichen konstant werden.
Ein Vergleich der Ausgangssignale der IR-Sensoren 3a bis 3d ergibt somit die Temperatur der IR-Quelle, und speziell ergibt ein Vergleich beispielsweise der Ausgangssignale der IR-Sensoren 3a, 3b und 3d von den IR-Sensoren 3a bis 3d bei der Temperatur der IR-Quelle mit vorbestimmten Werten eine Heizfläche. Zusätzlich wird die An- oder Abwesenheit von CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung angezeigt, indem aus der Temperatur und der Heizfläche der IR-Quelle, die in dem vorstehenden Operationsablauf gebildet wurden, eine Schwarzkörper-Strahlungsintensität der IR-Quelle, d. h. eine IR-Strahlungsintensität des Wellenlängenbandbereichs der CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung, wenn die IR-Quelle ein Schwarzkörper ist, errechnet und der resultierende Wert der Schwarzkörper-Strahlungsintensität mit dem Ausgangswert des IR-Sensors 3c, der einen CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungs- Bandbereich erfaßt, verglichen wird.
Wenn also die Temperatur und die Heizfläche der IR-Quelle die Tendenz haben, über einen festgelegten Zeitraum (d. h. einige Minuten) zuzunehmen, aber keine CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung erkannt wird, dann wird das Auftreten eines gefährlichen, mit Rauchentwicklung verbundenen Brands festgestellt. Wenn die Temperatur und die Heizfläche der IR- Quelle zu einem Zeitpunkt steil ansteigen und gleichzeitig eine CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung erkannt wird, stellt der Mikrocomputer 18 fest, daß das mit Rauchbildung verbundene gefährliche Feuer in einen gefährlichen Flammenbrand übergegangen ist, und erhöht die Lautstärke der Warneinrichtung 20 oder ändert die Intensität des Alarmtons, um dadurch den Übergang anzuzeigen. Wenn ein Fall, in dem keine IR-Strahlung erfaßt wird, plötzlich in einen Fall übergeht, in dem CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung erfaßt wird, wird Heizen mit hoher Temperatur entsprechend der CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung erfaßt, und die Heizfläche vergrößert sich deutlich, so daß der Mikrocomputer 18 das Auftreten eines durch einen Brandsatz ausgelösten Brands feststellt. Wenn dagegen keine Vergrößerung einer Heizfläche erkannt wird, stellt der Mikrocomputer 18 fest&sub1; daß es sich um die Anwesenheit einer Flammenheizeinrichtung, z. B. eines Flammenofens, handelt.
Somit stellt die vorliegende Erfindung die Anwesenheit oder Abwesenheit eines gefährlichen Brands auf der Basis einer tatsächlichen Branderscheinung fest, wodurch die Anzahl der auftretenden Fehlalarme deutlich verringert wird, was im Gegensatz zum Stand der Technik steht.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen eine Anordnung und eine Verwendung einer pyroelektrischen Erfassungseinheit 40, in die vier Bandpaßfilter 42a, 42b, 42c und 42d sowie vier pyroelektrische IR-Sensoren 43a, 43b, 43c und 43d gepackt sind. Fig. 10 zeigt eine Schaltung der pyroelektrischen Erfassungseinheit 40. Im Fall der Fig. 7 bis 10 bilden die vier pyroelektrischen IR-Sensoren 43a bis 43d zusammen eine einzige Einheit im Gegensatz zu der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung, bei der die vier IR-Sensoren voneinander getrennt sind. Wie Fig. 9 zeigt, weist die IR-Erfassungseinheit 40 folgendes auf: vier pyroelektrische Sensoren 43a, 43b, 43c und 43d, die separat in vier Quadranten eines scheibenförmigen isolierenden Substrats 41 angebracht sind; ein Fenster 42 aus viergeteilten Bandpaßfiltern 42a, 42b, 42c und 42d, die jeweils vor einem zugehörigen der entsprechenden pyroelektrischen Materialien vorgesehen sind; und einen Abdichtungsbehälter 46, der das isolierende Substrat 41 mit dem Fenster 42 verbindet, so daß die IR-Strahlungserfassungseinheit 40 einen kompakten Sensor bildet, der die vier Wellenlängenbandbereiche der IR-Strahlung erfaßt. Die vierteilige Bandpaßfilteranordnung aus den Bandpaßfiltern 42a bis 42d ist aus vier dielektrischen Vielfachschichten, die jeweils selektiv auf einem einzigen transparenten Glassubstrat abgeschieden sind, oder aus vier segmentförmigen Bandpaßfiltern, die an einem einzigen transparenten Glasteil angebracht sind&sub1; hergestellt. Die pyroelektrischen IR-Sensoren 43a bis 43d erfassen die jeweiligen Wellenlängenbandbereiche von IR-Strahlung, die durch die Bandpaßfilter 42a bis 42d geht. Der Signalprozessor 10 verarbeitet die resultierenden Meßausgangssignale der pyroelektrischen IR-Sensoren 43a bis 43d wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform Das Abdichtgehäuse 46 enthält bevorzugt Trennwände, die den Innenraum des Abdichtgehäuses 46 in vier Fächer trennen.
Wie Fig. 10 zeigt, weist jeder der pyroelektrischen IR-Sensoren 43a bis 43d ein Paar pyroelektrische Elemente S&sub1; und S&sub1; auf, die entgegengesetzt polarisiert und in Reihe miteinander verbunden sind, wobei ein Anschluß der pyroelektrischen Elemente S&sub1; der pyroelektrischen IR-Sensoren 43a bis 43d mit einem Steueranschluß eines entsprechenden Impedanzwandler-FET 47a, 47b, 47c und 47d verbunden ist. Ein Drainanschluß jedes der Impedanzwandler-FETs 47a bis 47d erhält die positive Spannung VDD einer elektrischen Stromversorgung. Ein Sourceanschluß jedes der Impedanzwandler-FETs 47a bis 47d erzeugt ein Ausgangssignal. Ein Anschluß des anderen pyroelektrischen IR-Sensorelements S2 ist mit Masse E verbunden. Jeweilige Eingangswiderstände R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; sind zwischen die Steueranschlüsse der Impedanzwandler-FETs 47a bis 47d und Masse E geschaltet.
Die jeweiligen Impedanzwandler-FETs 47a bis 47d sind nahe den pyroelektrischen IR-Sensoren 43a bis 43d angebracht. Die Eingangswiderstände R&sub1; bis R&sub4; sind auf dem isolierenden Substrat 41 angebracht. Jeder Impedanzwandler-FET 47a bis 47d ist mit einem entsprechenden der IR-Sensoren 43a bis 43d und Eingangswiderstände R&sub1; bis R&sub4; über einen Bonddraht oder eine Lötstelle verbunden. Die verbundenen Impedanzwandler- FETs 47a bis 47d, die pyroelektrischen IR-Sensoren 43a bis 43d und die Eingangswiderstände R&sub1; bis R&sub4; sind in dem Abdichtgehäuse 46 dicht untergebracht.
Ein Branderfassungssystem, das ein Branderfassungsverfahren der Erfindung verkörpert, ist im wesentlichen gleich wie das Branderfassungssystem von Fig. 1.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel eines Signalprozessors 10. Verstärker 11a, 11b, 11c, 11d empfangen Ausgangssignale der IR- Sensoren 3a bis 3d und verstärken sie auf gewünschte Pegel.
A/D-Wandler 17a bis 17d bewirken die A/D-Umwandlung der verstärkten Erfassungsausgangssignale der Verstärker 11a bis 11d und führen sie dem Synchrondetektor 13 zu. Ein Signalprozessor 18, der einen Mikrocomputer oder dergleichen aufweist, empfängt Detektierausgangssignale des Synchrondetektors 13 und erzeugt ein mittleres Abweichungsquadrat von zwei Detektierausgangssignalen, die um 90º zueinander phasenverschoben sind, wodurch eine Phasenverschiebung besei tigt wird, die durch eine räumliche Verlagerung zwischen einem Unterbrecher und IR-Sensoren bewirkt ist, usw.
Der Mikrocomputer führt eine Operation an den Synchrondetektierausgangswerten in Abständen von einigen Sekunden durch Zeitgeber-gesteuerte Unterbrechung aus, speichert Daten einer Temperaturerhöhung der IR-Quelle und einer Zunahme der Heizfläche sowie der An- oder Abwesenheit von CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung, überwacht die Daten, um festzustellen, ob Temperatur und Heizfläche der IR-Quelle kontinuierlich zu nehmen oder nicht, stellt das Auftreten eines gefährlichen Brands fest, wenn Temperatur und Heizfläche der IR-Quelle zunehmen, aktiviert einen Alarm 20 und zeigt auf einem Monitor 21 eine Zunahme einer berechneten Heizfläche an.
Der Synchrondetektor 13 und der Signalprozessor 18 sind getrennt vorgesehen. Ein einziger Mikrocomputer kann aber als Alternative den Synchrondetektor 13 und den Signalprozessor 18 ersetzen.
Das Berechnen der Temperatur und der Heizfläche der IR- Quelle mit Hilfe des Signalprozessors 18 wird nachstehend beschrieben.
Wenn die Intensitäten pro Flächeneinheit einer Oberfläche, die IR-Strahlung empfängt, die auf die IR-Sensoren 3a bis 3d fällt, mit Pa, Pb, Pc und Pd bezeichnet werden und Ausgangssignale der Synchrondetektoren 13a bis 13d mit Va, Vb, Vc und Vd bezeichnet werden, sind die Ausgangssignale Va bis Vd wie folgt darzustellen:
Va = Pa × Aa
Vb = Pb × Ab
Vc = Pc × Ac
Vd = Pd × Ad
wobei Aa bis Ad Konstanten sind, die durch die Eigenschaften der IR-Sensoren, Bandpaßfilter und Verstärker bestimmt sind. Gemäß dem planckschen Strahlungsgesetz ist die Intensität der Schwarzkörperstrahlung je Flächeneinheit einer Infrarotstrahlung bei der Wellenlänge λ von einem Objekt mit einer Temperatur T durch die nachstehende Gleichung gegeben:
wobei C&sub1; und C&sub2; Konstanten sind, die bestimmt sind durch die Gleichungen C&sub1; = 2 hc² und C&sub2; = hc/k, mit h: Plancksche Konstante; c: Lichtgeschwindigkeit; k: Boltzmann-Konstante. Durch Substitution von λ&sub1;- und λ&sub2;-Wellenlängenbereichen von zwei IR-Sensoren und von IR-Intensitäten P&sub1; und P&sub2; der erfaßten Bandbereiche in Gleichung (1) erhält man die folgende Näherungsgleichung (2) unter Bildung der Temperatur T:
Durch Substitution der Erfassungsausgangswerte Va und Vd der IR-Sensoren 3a und 3d für λa- und λd-Wellenlängenbandbereiche in die IR-Intensitäten P&sub1; und P&sub2; der λ&sub1;- und λ&sub2;- Wellenlängenbereiche wird aus der Gleichung (2) die nachstehende Gleichung (3) abgeleitet:
wobei C' eine Konstante ist, wobei an der Konstanten C&sub2; eine Operation durch die Konstanten Aa und Ad der Detektierausgangswerte der Wellenlängenbereiche ausgeführt wird.
Die Gleichung (3) zeigt, daß durch die Bereitstellung von zwei IR-Sensoren mit zwei verschiedenen Erfassungswellenlängenbereichen die Temperatur T eines gefährlichen Brands oder einer Heizeinrichtung aus dem Verhältnis von zwei Erfassungsausgangswerten der IR-Sensoren gebildet wird.
Somit ergibt die durch die Gleichung (3) gebildete Temperatur T die Schwarzkörper-Strahlungsintensität Pa' bei der λa-Wellenlänge je Flächeneinheit entsprechend dem Planckschen Strahlungsgesetz, d. h. der Gleichung (1).
Da andererseits die Luft IR-Strahlung von der Heizeinrichtung verteilt und absorbiert, ist die auftreffende Intensität der IR-Strahlung des IR-Sensors nicht gleich der Intensität der IR-Strahlung von der Heizeinrichtung, und die auftreffende Intensität der IR-Strahlung ist zu einer Distanz zwischen dem IR-Sensor und der Heizeinrichtung umgekehrt proportional. Da Pa' die Schwarzkörper-Strahlungsintensität je Flächeneinheit der Heizeinrichtung bezeichnet, wird die auftreffende Intensität der IR-Strahlung als proportional zu der Fläche der Oberfläche der Heizeinrichtung angesehen. Die Erfinder haben die Erfahrung gemacht, daß der Erfassungsausgangswert Va' bei der Wellenlänge λa eines Erfassungssystems nach der folgenden Gleichung (4) geschätzt werden konnte:
und daß der errechnete Erfassungsausgangswert Va' weitgehend gleich einem tatsächlichen Erfassungsausgangswert Va war. In der Gleichung (4) bezeichnet 5 die Fläche der Oberfläche der Heizeinrichtung, Aa bezeichnet eine Konstante bei einer λa- Wellenlänge, die durch die Eigenschaften der IR-Sensoren, Bandpaßfilter und Verstärker bestimmt ist,und 1 bezeichnet eine Distanz zwischen dem IR-Sensor und der Heizeinrichtung. Somit wird die Fläche S der Oberfläche der Heizeinrichtung gemäß der folgenden Gleichung (5) errechnet:
Eine Heizfläche, die mittels der Gleichung (5) errechnet wird, dient somit der Erkennung einer Ausbreitung eines gefährlichen Brands.
Die vorstehende Beschreibung mit den Gleichungen (1) bis (5) zeigt ein Verfahren zum Erhalt der Temperatur T und der Fläche S der Heizeinrichtung aus den Erfassungsausgangswerten der IR-Sensoren 3a und 3d. Die Erfassungsausgangswerte der IR-Sensoren 3a und 3c oder die Erfassungsausgangswerte der IR-Sensoren 3c und 3d können alternativ die Temperatur T und die Fläche S der Oberfläche der Heizeinrichtung ergeben.
Ferner haben die Erfinder die Erfahrung gemacht, daß eine Änderung eines IR-Sensors, der für die Berechnung in Abhängigkeit von der Temperatur T der Heizeinrichtung genutzt wurde, eine genauere Temperatur T und eine genauere Fläche S lieferte.
Fig. 12 zeigt Verhältnisse von Erfassungsausgangswerten der IR-Sensoren 3a, 3c und 3d der Ausführungsform von Fig. 11, wenn die zentrale Wellenlänge Aa des IR-Sensors 3a 3 µm ist, die zentrale Wellenlänge λc des IR-Sensors 3c 5 µm ist und die zentrale Wellenlänge λd des IR-Sensors 3d 8,5 µm ist. Fig. 12 zeigt, daß die Verhältnisse der Erfassungsausgangswerte der IR-Sensoren umso größer sind, je größer die Annäherung an jeden Scheitelpunkt jeder der zentralen Wellenlängen ist. Wenn, wie in Fig. 12 zu sehen ist, die Temperatur einer Heizeinrichtung 300-400 ºC ist, ist die Temperaturabhängigkeit des Verhältnisses der Erfassungsausgangswerte der IR-Sensoren 3c und 3d mit den zentralen Wellenlängen λc und λd größer, wogegen dann, wenn die Temperatur einer Heizeinrichtung 400 ºC oder höher ist, die Temperaturabhängigkeit des Verhältnisses der Erfassungsausgangswerte der IR-Sensoren 3a und 3c mit den zentralen Wellenlängen Aa und Ac größer ist. Das heißt also, wenn die Heizeinrichtung eine relativ niedrige Temperatur wie etwa 300 bis 400 ºC hat und diese erfaßt wird, eine Kombination der IR-Sensoren 3c und 3d gut ist, wogegen dann, wenn die Heizeinrichtung eine Temperatur bis zu 400 ºC oder höher hat, eine Kombination der IR-Sensoren 3a und 3c eine gute Meßgenauigkeit liefert. Das Vorsehen von drei Temperaturmeßbandbereichen ergibt also eine genaue Temperatur und eine genaue Fläche der Heizeinrichtung über den Bereich von niedriger bis zu hoher Temperatur.
Wenn also gemäß den oben beschriebenen Rechenvorgängen für die Temperatur und.die Heizfläche der Heizeinrichtung, die von dem Signalprozessor 18 der zweiten Ausführungsform ausgeführt werden, die Temperatur T und die Heizfläche S der Heizeinrichtung errechnet und die Temperatur T und die Wellenlänge λco&sub2; eines CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungs-Bandbereichs in die Gleichung (1) substituiert werden, die das Plancksche Strahlungsgesetz darstellt, so wird die Strahlungsintensität Pco&sub2; des CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungs- Bandbereichs gebildet, und wenn man die Strahlungsintensität Pco&sub2; und die Heizfläche S, die durch die Gleichung (5) errechnet wird, in die Gleichung (4) substituiert, so erhält man einen geschätzten Erfassungsausgangswert Vb' eines IR- Sensors bei dem CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungs-Bandbereich. Wenn davon ausgegangen wird, daß die Heizeinrichtung ein Schwarzkörper ist, hat der Erfassungsausgangswert Vb' den reellen Wert. Wenn also die Heizeinrichtung gezündet ist, erscheint ein Peak bei dem CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungs- Bandbereich, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Ein Vergleich des geschätzten Erfassungsausgangswerts Vb' mit einem tatsächlichen Erfassungsausgangswert Vb des IR-Sensors 3b ergibt also, daß die Heizeinrichtung gezündet ist, wenn der tatsächliche Erfassungsausgangswert Vb den geschätzten Erfassungsausgangswert Vb' überschreitet.
Das Verfahren der Erfindung liefert genaue Messungen der Temperatur und Heizfläche der Heizeinrichtung unter der Voraussetzung, daß Störgeräusche bekannt sind, die verursacht werden, wenn die Temperatur der Heizeinrichtung niedrig ist. Dieses Verfahren erlaubt eine Echtzeit-Erkennung des Fortschreitens der Heizfläche während der Ausbreitung eines gefährlichen Brands, und die Situation einer Zunahme der Heizfläche wird auf einem Monitor oder dergleichen, der in einem Wachraum angebracht ist, angezeigt, oder ein Alarm wird ausgelöst.
Fig. 18 zeigt die Grundanordnung eines Beispiels eines Umgebungssteuersystems, das einen Umgebungsmonitor der Erfindung verkörpert.
Dabei ist an einem oberen Teil einer Innenwand eines Raums eine Klimatisierungseinheit 51 angebracht, und an der Innenwand des Raums ist ein Temperatursensor 52 wie etwa ein Thermistor unter der Klimatisierungseinheit 51 angebracht.
In der Mitte der oberen Innenwand des überwachten Raums ist eine IR-Strahlungserfassungseinheit 53 angebracht, die einen nach unten weisenden pyroelektrischen IR-Sensor hat. Die IR- Strahlungserfassungseinheit 53, die Klimatisierungseinheit 51 und der Temperatursensor 52 sind durch ein Kabel 54 mit einem Signalprozessor 50 wie etwa einem Mikrocomputer verbunden, der in einem Wachraum oder dergleichen angeordnet ist. Der Signalprozessor 50 errechnet die Strahlungsstemperatur in dem überwachten Raum aus den Ausgangssignalen der IR-Strahlungserfassungseinheit 53 und überträgt die resultierenden Strahlungstemperaturdaten zu der Klimatisierungseinheit 51. Der Mikrocomputer der Klimatisierungseinheit steuert die Temperatur und den Luftstrom zweckmäßig in Abhängigkeit von den Strahlungstemperaturdaten und dem Meßsignal von dem Temperatursensor 52, um eine komfortable Innenraumumgebung zu schaffen.
Der Signalprozessor 50 bestimmt das Auftreten eines gefährlichen Brands in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der IR-Strahlungserfassungseinheit 53, um dadurch einen Alarm 20 auszulösen, der in einem Wachraum, einem Durchgang usw. positioniert ist.
Der Signalprozessor 50, der das Gesamtgebäude überwacht, kann alternativ ein Signal zur Steuerung der Klimatisierungseinheit 51 in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Temperatursensors 52 und des IR-Sensors 53 erzeugen. Die Klimatisierungseinheit 51 kann einen Mikrocomputer aufweisen.
Das IR-Strahlungserfassungssystem von Fig. 1 kann die IR- Strahlungserfassungseinheit 53 des Umgebungssteuerungssystems bilden. Dabei umfaßt die IR-Strahlungserfassungseinheit 53 einen rotierenden Unterbrecher 1, der periodisch eine IR-Strahlung unterbricht, IR-Filter 2a bis 2d und IR- Sensoren 3a bis 3d. Der Signalprozessor 50, der die Meßausgangssignale der IR-Strahlungserfassungseinheit 53 empfängt, ist entsprechend Fig. 5 oder Fig. 11 angeordnet.
Der Mikrocomputer 18 führt Operationen an den Meßsignalen in Intervallen von einigen Sekunden durch Zeitgeber-gesteuerte Unterbrechung aus, speichert Daten einer Zunahme der Temperatur der IR-Quelle und einer Zunahme einer Heizfläche und der An- oder Abwesenheit von CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung innerhalb weniger Minuten, überwacht die Daten dahingehend, ob Temperatur und Heizfläche der IR-Quelle kontinuierlich zunehmen oder nicht, stellt das Auftreten eines gefährlichen Brands fest, wenn die Temperatur und die Heizfläche der IR- Quelle zunehmen, und betätigt einen Treiber 19, um ein Relais RLY einzuschalten, so daß ein Alarm 20 ausgelöst wird.
Insbesondere ändern sich die Ausgangswerte der IR-Sensoren 3a bis 3d im Fall eines gefährlichen Brands mit Rauchentwicklung, wie Fig. 6 zeigt. Dabei erhöhen sich die Ausgangswerte a, b, c und d der IR-Sensoren 3a bis 3d mit einem Temperaturanstieg und einer Zunahme der Brandausbreitungsfläche in der Reihenfolge der Ausgangswerte d, c, b und a. Da die CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung bei dem Flammzeitpunkt TF steil ansteigt, steigt von den Ausgangssignalen der IR-Sensoren 3a bis 3d das Ausgangssignal des IR-Sensors steil an. Da die IR-Quelle nach dem Flammzeitpunkt TF in Flammen ausbricht, ist dann der Temperaturanstieg niedrig, und eine Zunahme der IR-Strahlungsmenge, die durch eine Zunahme der Brandausbreitungsfläche bewirkt ist, wird zum wesentlichen Aspekt, so daß die Ausgangssignale a, b, c und d der IR-Sensoren 3a bis 3d ansteigen, aber die Verhältnisse der Ausgangssignale a, b, c und d im wesentlichen konstant werden.
Im Fall eines ungefährlichen Feuers dagegen wird die Temperatur oder die Heizfläche der IR-Quelle wie ein gelöschtes Feuer nach einer festgelegten Zeit konstant. Beispielsweise nimmt die Heizfläche einer Raumheizung und einer zum Kochen bestimmten Heizeinrichtung nicht zu, und ihre Temperatur wird in einer festgelegten Zeit konstant.
Ein Vergleich der Ausgangssignale der IR-Sensoren 3a bis 3d liefert also eine Temperatur der IR-Quelle, und insbesondere ergibt ein Vergleich beispielsweise der Ausgangssignale der IR-Sensoren 3a, 3b und 3d von den IR-Sensoren 3a bis 3d bei der Temperatur der IR-Quelle mit vorbestimmten Werten eine Heizfläche. Außerdem wird dadurch, daß aus der Temperatur und Heizfläche der IR-Quelle, die in dem obigen Operationsablauf gebildet wurden, eine Schwarzkörper-Strahlungsintensität der IR-Quelle, d. h. eine IR-Strahlungsintensität des CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungs-Wellenlängenbereichs, wenn die IR-Quelle ein Schwarzkörper ist, berechnet wird und der resultierende Wert der Schwarzkörper-Strahlungsintensität mit dem Ausgangswert des IR-Sensors 3c verglichen wird und ein CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungs-Bandbereich erfaßt wird, die Anwesenheit oder Abwesenheit von CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung erhalten.
Wenn daher die Temperatur und Heizfläche der IR-Quelle zu einer Zunahme über einen festen Zeitraum (d. h. einige Minuten) tendieren, aber keine CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung erkannt wird, wird das Auftreten eines gefährlichen Brands mit Rauchentwicklung festgestellt. Wenn Temperatur und Heizfläche der IR-Quelle zu einem Zeitpunkt steil ansteigen und gleichzeitig eine CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung erkannt wird, stellt der Mikrocomputer 18 fest, daß sich der gefährliche Brand mit Rauchentwicklung zu einem gefährlichen Flammenbrand entwickelt hat, und erhöht die Lautstärke des Alarms 20 oder ändert die Intensität eines Tons der Alarmeinheit, um die Änderung anzuzeigen. Wenn ein Fall, in dem keine IR-Strahlung erfaßt wird, plötzlich zu einem Fall wird, in dem CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung erfaßt wird, wird eine Erwärmung bei hoher Temperatur entsprechend der CO&sub2;- Molekülresonanzstrahlung erfaßt, und die Heizfläche wird abrupt größer, und der Mikrocomputer 18 bestimmt diesen Fall als das Auftreten eines durch einen Brandsatz ausgelösten Brands. Wenn dagegen keine Zunahme einer Heizfläche erkannt wird, stellt der Mikrocomputer 18 fest, daß der Fall die Anwesenheit einer Flammenheizeinrichtung, z. B. eines Flammenofens, betrifft.
Somit stellt die vorliegende Erfindung die Anwesenheit oder Abwesenheit eines gefährlichen Brands auf der Basis einer tatsächlichen Branderscheinung fest, wodurch die Anzahl der auftretenden Fehlalarme deutlich verringert wird, was im Gegensatz zum Stand der Technik steht. Während einer Brandbestimmungsroutine wird eine Strahlungstemperatur errechnet, und die resultierenden Temperaturdaten werden der Klimatisierungseinheit 51 zugeführt, um eine komfortable Raumumgebung zu schaffen.

Claims

1. Branderfassungssystem, das folgendes aufweist: wenigstens vier Bandpaßfilter (2a, 2b, 2c, 2d; 42a, 42b, 42c, 42d), die Infrarotstrahlung von einer Quelle in einem überwachten Raum in wenigstens vier Wellenlängenbandbreiten (λa,λb,λc und λd) trennen; wenigstens vier Infrarotsensoren (3a,3b,3c,3d; 43a, 43b,43c,43d), die die getrennten Infrarotstrahlungen, die durch die jeweiligen Bandpaßfilter (2a,2b,2c,2e; 42a,42b, 42c,42d) gehen, erfassen; und einen Signalprozessor (10, 18), der bestimmt, ob ein schwerer Brand vorliegt oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Durchlaßband-Wellenlängen der wenigstens vier Wellenlängenbandbreiten (λa,λb,λc und λd) 3 µm, 4,3 µm, 5 µm bzw. 8,5 µm sind; und daß die Temperatur (T) der Infrarotguelle von dem Signalprozessor (10, 18) auf der Basis der Ausgangssignale (Va, Vc und Vd) derjenigen Infrarotsensoren (3a,3c,3d), die von dem Infrarotsensor (3b) verschieden sind, der das CO&sub2;- Molekülresonanzstrahlungsband mit einem Peak von ca. 4,3 µm erfaßt, entsprechend der folgenden Gleichung berechnet wird:

wobei i eines ist, das aus a, c und d ausgewählt ist, und j eines ist, das aus a, c und d ausgewählt ist, und i nicht gleich j ist, woraufhin die Infrarotstrahlungsintensität (Pi) einer dieser Wellenlängenbandbreiten aus der berechneten Temperatur (T) berechnet wird; und die Heizfläche (S) der Infrarotquelle auf der Basis der berechneten Infrarotstrahlungsintensität (Pi), von Eigenschaften der Infrarotsensoren (Ai) und des Ausgangssignals des Infrarotsensors (Vi), der den einen der Wellenlängenbereiche erfaßt, entsprechend der folgenden Gleichung berechnet werden:

und die Schwarzkörperstrahlungsintensität der Infrarotquelle des Wellenlängenbereichs der CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung aus der berechneten Temperatur (T) und der Heizfläche (S) berechnet wird; daß der Rechenwert der Schwarzkörperstrahlungsintensität mit dem Ausgangswert (Vb) des Sensors (3b) verglichen wird, der den CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsbereich erfaßt, so daß der Signalprozessor (10) bestimmt, daß ein schwerer Brand vorliegt, wenn der Ausgangswert (Vb) des Sensors (3b), der den CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsbereich erfaßt, größer als der Rechenwert der Schwarzkörperstrahlungsintensität ist und die Heizfläche (S) eine Tendenz zur Zunahme hat.

-2. Branderfassungssystem nach Anspruch 1, wobei ein Zerhacker (1) die Infrarotstrahlung von der Infrarotquelle periodisch unterbricht, um die Infrarotstrahlung den Infrarotsensoren (3a,3b,3c,3d,43a,43b,43c,43d) zuzuführen.

3. Branderfassungssystem nach Anspruch 2, wobei der Signalprozessor (10, 18) die Ausgangswerte der Infrarotsensoren (3a,3b,3c,3d,43a,43b,43c,43d) synchron mit zwei periodischen Signalen detektiert, die mit der Rotation des Zerhackers (1) synchron sind, wobei die periodischen Signale um 90º verschiedene Phasen haben und der Signalprozessor (10, 18) ein mittleres Abweichungsquadrat der resultierenden Synchronisations-Detektiersignale erzeugt.

4. Verfahren zum Erfassen eines Brands, das folgendes auf weist: Trennen der Infrarotstrahlung von einer Quelle in einem überwachten Raum in wenigstens vier Wellenlängenbandbreiten (λa,λb,λc und λd) durch wenigstens vier Bandpaßfilter (2a, 2b, 2c, 2d; 42a, 42b, 42c, 42d); individuelles Erfassen der getrennten Infrarotstrahlungen durch wenigstens vier Infrarotsensoren (3a,3b,3c,3d; 43a,43b,43c,43d) und Bestimmen, ob ein schwerer Brand vorliegt oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Durchlaßband-Wellenlängen der wenigstens vier Wellenlängenbereiche (λa,λb,λc und λd) 3 µm, 4,3 µm, 5 µm bzw. 8,5 µm sind; und gekennzeichnet durch Berechnen der Temperatur (T) der Infrarotquelle auf der Basis der Ausgangssignale (Va, Vc und Vd) der Infrarotsensoren (3a,3c,3d), die von dem Infrarotsensor (3b) verschieden sind, der das CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsband erfaßt, das einen Peak von ca. 4,3 µm hat, entsprechend der folgenden Gleichung

wobei i eines ist, das aus a, c und d ausgewählt ist, und j eines ist, das aus a, c und d ausgewählt ist, und i nicht gleich j ist; Berechnen der Infrarotstrahlungsintensität einer der Wellenlängenbandbreiten aus der berechneten Temperatur (T); Berechnen der Heizfläche (S) der Infrarotquelle auf der Basis der berechneten Infrarotstrahlungsintensität von Eigenschaften der Infrarotsensoren (Ai) und des Ausgangssignals des Infrarotsensors (Vi), der den einen dieser Wellenlängenbereiche erfaßt, entsprechend der folgenden Gleichung

Berechnen der Schwarzkörperstrahlungsintensität der Infrarotquelle des Wellenlängenbereichs der CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung aus der berechneten Temperatur (T) und der Heizfläche (S); und Bestimmen, ob ein schwerer Brand vorliegt oder nicht, durch Vergleichen des Rechenwerts der Schwarzkörperstrahlungsintensität mit dem Ausgangswert (Vb) des Sensors (3b), der den CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsbereich erfaßt, so daß bestimmt wird, daß ein schwerer Brand vorliegt, wenn der Ausgangswert des Sensors (3b), der den CO&sub2;- Molekülresonanzstrahlungsbereich erfaßt, größer als der Rechenwert der Schwarzkörperstrahlungsintensität ist und die Heizfläche (S) eine Tendenz zur Zunahme hat.

5. Verfahren zum Erfassen eines Brands nach Anspruch 4, wobei die für die Berechnung ausgewählten Ausgangswerte der Infrarotsensoren (3a,3b,3c,3d; 43a,43b,43c,43d) von einer erfaßten Zieltemperatur abhängig sind.

6. Verfahren zum Erfassen eines Brands nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei ein Alarm ausgelöst wird, wenn ein schwerer Brand detektiert wird.

7. Verfahren zum Erfassen eines Brands nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine berechnete Heizfläche der Infrarotquelle auf einem Monitor angezeigt wird.

8. Umgebungsmonitor, der folgendes aufweist: wenigstens vier Bandpaßfilter (2a, 2b, 2c, 2d; 42a, 42b, 42c, 42d), die Infrarotstrahlung von einer Quelle aus einem überwachten Raum in wenigstens vier Wellenlängenbandbreiten (λa,λb,λc und λd) trennen; wenigstens vier Infrarotsensoren (3a,3b,3c, 3d; 43a,43b,43c&sub1;43d), die die getrennten Infrarotstrahlungen, die durch die jeweiligen Bandpaßfilter (2a,2b,2c,2e; 42a,42b,42c,42d) gehen, erfassen; und einen Signalprozessor (10, 18), der bestimmt, ob ein schwerer Brand vorliegt oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Durchlaßband-Wellenlängen der wenigstens vier Wellenlängenbereiche (λa,λb,λc und λd) 3 µm, 4,3 µm, 5 µm bzw. 8,5 µm sind; und daß die Temperatur (T) in dem überwachten Raum von dem Signalprozessor (10, 18) auf der Basis der Ausgangssignale (Va, Vc und Vd) der Infrarotsensoren (3a,3c,3d), die von dem Infrarotsensor (3b) verschieden sind, der das CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsband erfaßt, das einen Peak von ca. 4,3 µm hat, entsprechend der folgenden Gleichung berechnet wird:

wobei i eines ist, das aus a, c und d ausgewählt ist, und j eines ist, das aus a, c und d ausgewählt ist, und i nicht gleich j ist, woraufhin die Infrarotstrahlungsintensität (Pi) einer dieser Wellenlängenbandbreiten aus der berechneten Temperatur (T) berechnet wird; und die Heizfläche (S) des überwachten Raums auf der Basis der berechneten Infrarotstrahlungsintensität (Pi) von Eigenschaften der Infrarotsensoren (Ai) und des Ausgangssignals des Infrarotsensors (Vi), der den einen der Wellenlängenbereiche erfaßt, entsprechend der folgenden Gleichung berechnet wird:

und die Schwarzkörperstrahlungsintensität der Infrarotquelle des Wellenlängenbereichs der CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlung aus der berechneten Temperatur (T) und der Heizfläche (S) berechnet wird; daß der Rechenwert der Schwarzkörperstrahlungsintensität mit dem Ausgangswert (Vb) des Sensors (3b) verglichen wird, der den CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsbereich erfaßt, so daß der Signalprozessor (10) bestimmt, daß ein schwerer Brand vorliegt, wenn der Ausgangswert (Vb) des Sensors (3b), der den CO&sub2;-Molekülresonanzstrahlungsbereich erfaßt, größer als der Rechenwert der Schwarzkörperstrahlungsintensität ist und die Heizfläche (S) in dem überwachten Raum eine Tendenz zur Zunahme hat.

9. Umgebungsmonitor nach Anspruch 8, wobei ein Temperaturfühler (52) vom Kontakttyp eine Innenraumlufttemperatur mißt und der Signalprozessor (10, 18) ein Signal, das eine Klimaanlage (51) steuert, aufgrund von Ausgangssignalen des Temperaturfühlers (51) vom Kontakttyp und der Infrarotsensoren (3a, 3b, 3c, 3d; 43a, 43b, 43c, 43d) erzeugt.

10. Umgebungsmonitor nach Anspruch 8, wobei ein Temperaturfühler (52) vom Kontakttyp eine Innenraumlufttemperatur mißt und wobei der Signalprozessor (10, 18) ein Signal zur Steuerung einer Raumkühleinheit und einer Raumheizeinheit in Abhängigkeit von Ausgangssignalen des Temperaturfühlers (52) und der Infrarotsensoren (3a,3b,3c,3d; 43a,43b,43c,43d) erzeugt.

11. Umgebungsmonitor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei ein Zerhacker (1) die Infrarotstrahlung aus dem überwachten Raum periodisch unterbricht, um den Infrarotsensoren (3a,3b,3c&sub1;3d; 43a,43b,43c,43d) die Infrarotstrahlung zuzuführen.