EP1855259A1 - Fire detecor - Google Patents

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Publication number
EP1855259A1
EP1855259A1 EP06113608A EP06113608A EP1855259A1 EP 1855259 A1 EP1855259 A1 EP 1855259A1 EP 06113608 A EP06113608 A EP 06113608A EP 06113608 A EP06113608 A EP 06113608A EP 1855259 A1 EP1855259 A1 EP 1855259A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
fire
receivers
intensity
received
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06113608A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Loepfe
Bertram Schleicher
Georges A. Tenchio
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Schweiz AG filed Critical Siemens Schweiz AG
Priority to EP06113608A priority Critical patent/EP1855259A1/en
Publication of EP1855259A1 publication Critical patent/EP1855259A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device

Definitions

  • the invention relates to a method and a fire detector for detecting a fire, wherein the fire detector has a measuring chamber in which a light source and at least two light receivers receiving the emitted light are arranged and having an evaluation unit connected to the at least two light receivers.
  • so-called scattered light smoke detectors which may optionally contain another sensor, such as a temperature sensor, in addition to the optical module used.
  • the optical module is designed so that a disturbing extraneous light and smoke can not easily penetrate into a measuring chamber.
  • Light source and light receiver are arranged so that no light rays can pass directly from the source to the receiver. In the presence of smoke particles in the beam path, the light of the light source is scattered at this and a part of this scattered light falls on the light receiver and causes an electrical signal.
  • the fire sensors used measure the fire parameters that arise in a fire. Such fire parameters may be, for example, an increase in temperature, the formation of gases and the detection of fire-typical particles such as smoke or aerosol particles.
  • linear fire detectors are usually used and mounted beneath the ceiling on the walls.
  • transmitter and receiver face each other and no reflector is required. These are used only when the rooms are so short that the minimum length of the light beam of about 10 m would not otherwise be reached to increase the sensitivity of the detector by doubling the measuring distance, or if the side opposite the transmitter is not stable or there no receiver can be installed there.
  • the object of the present invention is to provide an efficient, space-saving and cost-effective means of detecting a fire.
  • a core of the invention is to be seen in that a light beam is generated by means of a light source, for example a laser, a laser diode or an LED diode and by an interference unit, for example a single gap, a double gap, a multiple gap, a grid, a pinhole etc is bent.
  • a light source for example a laser, a laser diode or an LED diode
  • an interference unit for example a single gap, a double gap, a multiple gap, a grid, a pinhole etc is bent.
  • This interference pattern results in the line pattern known in physics consisting of intensity maxima and minima.
  • a suitably small hole for example a pinhole, so concentric circles are also generated consisting of intensity maxima and minima.
  • the light receivers are arranged symmetrically.
  • the light source, the at least two light receivers and the interference unit arranged in the beam path between the light source and the at least two light receivers may be arranged in a measuring chamber.
  • unmodulated light is generated and the light source, the interference unit and the at least two light receivers are housed in a housing or a measuring chamber, which is protected by the attachment of a labyrinth of extraneous light. If brand-specific particles now enter this measuring chamber, the light emitted by the light source is scattered and / or absorbed by the particles.
  • the interference pattern experiences a disturbance: light that is undisturbed by the particles in maximum intensity from the light receivers, which can be arranged behind a maximum of the interference pattern, is attenuated by the presence of the particles, light receivers, which are arranged behind a minimas can be an intensity> zero when particles are present. The light receivers thus detect a change in the intensity of the received light.
  • a processing unit connected to the at least two light receivers triggers an alarm upon such a change in intensity.
  • the inventive method is fundamentally different, since not the scattering or attenuation of the light is measured, but the change or destruction of the interference pattern by particles or particles.
  • modulated light used which uses a frequency that is not the frequency of light in the vicinity of the fire detector or light within a frequency range or, for example, in the infrared range, in the ultraviolet range, in the range of the X-ray, in the visible range of light, a certain frequency, etc., matches.
  • the light receivers are set to detect only light of the frequencies of this modulated light.
  • the light source can emit different frequencies, but should ideally be monochromatic.
  • the arrangement of the light receivers and the choice of the interference unit depend on the selected wavelength of light.
  • a major advantage of the invention is that multiple light receivers can be combined in one area. This allows a cost-effective design, since the fire alarm in contrast to the conventional scattered light detectors no large spatial separation for the arrangement of the fire alarm is necessary.
  • Another advantage of attaching multiple light receivers can be seen in that the aging of the light receivers or sensors can be monitored. This is especially important for the sensors that are located behind a maximum of the interference pattern, as they always transmit a signal. A flattening of the signal indicates a decline in the efficiency of the fire alarm.
  • Still another advantage is that the occurrence of smoke is detected not only by the attenuation of the signal of the light received at the light receivers located behind the maxima, but by the change the intensities of all the individual light receivers.
  • the fire detection is therefore carried out by two mutually complementary signal images.
  • the fire detectors can be extremely small and compact in their dimensions. By using modulated light there is no need for a very space and cost intensive labyrinth to protect against extraneous light.
  • FIG. 1 shows a simplified arrangement for carrying out the inventive method.
  • a light source LQ for example a laser, a laser diode, an LED diode, etc., emits a light beam which strikes an interference unit IE, for example a single slit, a double slit, a multiple slit, a grid, a pinhole etc.
  • the light emitted by the LED diode can thus be changed by means of, for example, a filter, a lens, etc., so that monochromatic and / or coherent light is generated.
  • the incident on the interference unit IE light beam is diffracted at the interference unit IE and there is a so-called interference pattern or pattern.
  • the diffraction or Diffraction is the "deflection" of waves (such as light and other electromagnetic waves, water or sound waves) at an obstacle, according to the invention an interference unit IE.
  • waves such as light and other electromagnetic waves, water or sound waves
  • an interference unit IE In diffraction phenomena, the wave can propagate in the geometric shadow space of the interference unit IE.
  • the diffraction occurs through the formation of new waves along the wavefront according to Huygens' principle. These lead by interference of the waves to interference phenomena.
  • the superimposition of two waves with the same wavelength, the same frequency and the same clock or the same phase amplifies the amplitude - one then speaks of constructive interference (maxima); If the two waves are phase-shifted by 180 °, so that a wave crest coincides with a wave trough, they cancel each other out if their amplitude is the same - resulting in a so-called destructive interference (minima).
  • the constructive interference results in a series of interference maxima with the property that the path length difference of the two partial beams is an integer multiple of the wavelength. At a gap, this results in a series of diffraction maxima or diffraction minima.
  • the interference unit IE is arranged in the beam path between the light source LQ and the at least two light receiver LE receiving the emitted light.
  • the passage of light rays through optical devices, the interference unit IE is called the beam path.
  • the at least two light receivers LE which are arranged behind the interference unit IE, the intensity maxima 1 and minima 2 (see FIG. 2) resulting from the diffraction can now be received.
  • the light receivers LE are arranged such that the maximum intensity of a maximas and the minimum intensity, equal to zero, of a minimas can be received.
  • the light receivers LE are ideally arranged symmetrically, since the interference pattern is generally also symmetrical.
  • the interference pattern produced by the interference unit IE is disturbed or changed.
  • the inventive method is thus fundamentally different, since not the scattering or attenuation of the light is measured, but the change or destruction of the interference pattern by particles or particles that are typical of a fire. This has an effect on the received intensities in the individual light receivers LE.
  • a light receiver LE which otherwise receives the maximum intensity, will detect an attenuation of this intensity, and a light receiver LE, which normally does not receive any intensity, will receive an intensity greater than zero.
  • the light receivers LE according to the invention can be designed as photodiodes or photocells, the received intensity of the light is converted into electrical signals and forwarded to an evaluation unit AE.
  • the evaluation unit AE determines the intensity of the received light.
  • the evaluation unit AE can be integrated in the fire detector BM and / or in a fire control panel or can be a separate unit.
  • the light source LQ, the interference unit IE and the at least two light receivers LE can be arranged in a measuring chamber MK of a fire detector BM. If unmodulated light is used, the measuring chamber MK must be protected from extraneous light. This is usually achieved in that the measuring chamber MK has a so-called labyrinth. Another possibility for efficient smoke detection is that modulated light is used whose frequency does not coincide with the frequency of light in the vicinity of the fire detector BM or light in a frequency range or a frequency.
  • the light receivers LE are set to detect only light of the frequencies of this modulated light.
  • the light source LQ can emit different frequencies, but should ideally be monochromatic.
  • the arrangement of the light receiver LE and the choice of the interference unit IE are dependent on the selected wavelength of light.
  • Figure 2 shows a typical interference pattern caused by a single gap.
  • the received maximum intensity is usually referred to as 0.
  • Maximum 2 and the other weaker intensities are referred to as 1.
  • FIG. 3 shows a fire detector BM according to the invention, which was described under FIG.
  • the fire detector BM contains a measuring chamber MK with a light source LQ, an interference unit IE and at least two light receivers LE.
  • the light receivers are connected to an evaluation unit AE.

Abstract

The method involves diffracting light, that is transmitted from a light source e.g. laser, at an interference unit, which is arranged in an optical path between the light source and light receivers. The diffracted light is received from the light receivers, and the intensity of the light received at each light receiver is determined from an evaluation unit. A change of the intensity of the received light from the evaluation unit is detected based on fire-typical particles in an optical path of the transmitted light, and an alarm is triggered. An independent claim is also included for a fire alarm for detection of fire.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Brandmelder zur Detektion eines Brandes, wobei der Brandmelder eine Messkammer, in der eine Lichtquelle und mindestens zwei das ausgesandte Licht empfangende Lichtempfänger angeordnet sind und eine mit den mindestens zwei Lichtempfängern verbundene Auswerteinheit aufweist.The invention relates to a method and a fire detector for detecting a fire, wherein the fire detector has a measuring chamber in which a light source and at least two light receivers receiving the emitted light are arranged and having an evaluation unit connected to the at least two light receivers.

Zur Branddetektion werden u. a. so genannte Streulichtrauchmelder, die gegebenenfalls neben dem Optikmodul noch einen weiteren Sensor, beispielsweise einen Temperatursensor, enthalten können, verwendet. Das Optikmodul ist dabei so ausgebildet, dass ein störendes Fremdlicht nicht und Rauch sehr leicht in eine Messkammer eindringen kann. Lichtquelle und Lichtempfänger sind so angeordnet, dass keine Lichtstrahlen auf direktem Weg von der Quelle zum Empfänger gelangen können. Bei Anwesenheit von Rauchpartikeln im Strahlengang wird das Licht der Lichtquelle an diesen gestreut und ein Teil dieses gestreuten Lichts fällt auf den Lichtempfänger und bewirkt ein elektrisches Signal. Die verwendeten Brandsensoren messen dabei Brandkenngrössen, die bei einem Brand entstehen. Derartige Brandkenngrössen können zum Beispiel ein Anstieg der Temperatur, die Entstehung von Gasen und die Detektion von brandtypischen Partikeln wie zum Beispiel Rauch- oder Aerosolpartikeln sein.
In grossen und schmalen Räumen, beispielsweise in Korridoren, Lager- und Fabrikationshallen und in Flugzeughangars werden meist so genannte lineare Brandmelder eingesetzt und unterhalb der Decke an den Wänden montiert. In der Standardausführung liegen Sender und Empfänger einander gegenüber und es ist kein Reflektor erforderlich. Diese werden erst dann verwendet, wenn die Räume so kurz sind, dass die minimale Länge des Lichtstrahls von etwa 10 m sonst nicht erreicht würde, um die Ansprechempfindlichkeit des Melders durch Verdoppelung der Messstrecke zu erhöhen, oder wenn die dem Sender gegenüberliegende Seite nicht stabil ist oder dort kein Empfänger installiert werden kann.For fire detection, inter alia, so-called scattered light smoke detectors, which may optionally contain another sensor, such as a temperature sensor, in addition to the optical module used. The optical module is designed so that a disturbing extraneous light and smoke can not easily penetrate into a measuring chamber. Light source and light receiver are arranged so that no light rays can pass directly from the source to the receiver. In the presence of smoke particles in the beam path, the light of the light source is scattered at this and a part of this scattered light falls on the light receiver and causes an electrical signal. The fire sensors used measure the fire parameters that arise in a fire. Such fire parameters may be, for example, an increase in temperature, the formation of gases and the detection of fire-typical particles such as smoke or aerosol particles.
In large and narrow rooms, for example in corridors, warehouses and manufacturing halls and aircraft hangars, so-called linear fire detectors are usually used and mounted beneath the ceiling on the walls. In the standard version transmitter and receiver face each other and no reflector is required. These are used only when the rooms are so short that the minimum length of the light beam of about 10 m would not otherwise be reached to increase the sensitivity of the detector by doubling the measuring distance, or if the side opposite the transmitter is not stable or there no receiver can be installed there.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass eine effiziente, Platz sparende und kosteneffektive Möglichkeit zur Detektion eines Brandes vorgeschlagen wird.The object of the present invention is to provide an efficient, space-saving and cost-effective means of detecting a fire.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß jeweils durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved in each case by the subject matters of the independent claims. Further developments of the invention are specified in the subclaims.

Ein Kern der Erfindung ist darin zu sehen, dass ein Lichtstrahl mittels einer Lichtquelle zum Beispiel einen Laser, einer Laserdiode oder einer LED-Diode erzeugt wird und durch eine Interferenzeinheit, beispielsweise ein Einfachspalt, ein Doppelspalt, ein Mehrfachspalt, ein Gitter, ein Lochblende etc. gebeugt wird. Dabei entsteht ein so genanntes Interferenzmuster. Dieses Interferenzmuster ergibt im Falle des Einfachspalt, des Doppelspalts, des Mehrfachspalts, des Gitters das in der Physik bekannte Linienmuster bestehend aus Intensitätsmaxima und -minima. Im Falle eines geeignet kleinen Loches, zum Beispiel einer Lochblende, werden so konzentrische Kreise ebenfalls bestehend aus Intensitätsmaxima und -minima erzeugt. Idealerweise werden mindestens zwei Lichtempfänger, beispielsweise Photozellen, an geeigneten Stellen derart angeordnet, dass sie die maximale Intensität eines Maximas und die minimale (es trifft kein Licht auf den Lichtempfänger, die Intensität = 0) Intensität eines Minimas empfangen. Selbstverständlich könnte auch eine andere Anordnung gewählt werden, die jedoch eine Verschlechterung des Messergebnisses mit sich bringt. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens sind die Lichtempfänger symmetrisch angeordnet. Die Lichtquelle, die mindestens zwei Lichtempfänger und die im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und den mindestens zwei Lichtempfängern angeordnete Interferenzeinheit können in einer Messkammer angeordnet sein. Dabei wird unmoduliertes Licht erzeugt und die Lichtquelle, die Interferenzeinheit und die mindestens zwei Lichtempfänger werden in einem Gehäuse bzw. einer Messkammer untergebracht, das durch das Anbringen eines Labyrinths von Fremdlicht geschützt wird.
Gelangen nun in diese Messkammer brandtypische Partikeln, so wird das von der Lichtquelle ausgesandte Licht an den Teilchen gestreut und/oder absorbiert. Dies bedeutet, dass das Interferenzmuster eine Störung erfährt: Licht, das ungestört durch die Partikeln in maximaler Intensität von den Lichtempfängern, die hinter einem Maxima des Interferenzmusters angeordnet sein können, fällt, wird durch Anwesenheit der Partikel abgeschwächt, Lichtempfänger, die hinter einem Minimas angeordnet sein können, werden bei Anwesenheit von Partikeln eine Intensität > null detektieren. Die Lichtempfänger detektieren also eine Veränderung der Intensität des empfangenen Lichtes. Eine mit den mindestens zwei Lichtempfängern verbundene Verarbeitungseinheit löst bei einer derartigen Veränderung der Intensität einen Alarm aus. Das erfindungsgemässe Verfahren ist fundamental verschieden, da nicht die Streuung oder Abschwächung des Lichtes gemessen wird, sondern die Veränderung bzw. Zerstörung des Interferenzmusters durch Partikeln bzw. Teilchen.
Um die Abschirmung des Lichtes von Außen zu unterdrücken, das sich störend auf die Lichtempfänger auswirken kann, wird in einer bevorzugten Ausführungsform moduliertes Licht verwendet, das eine Frequenz verwendet, die nicht mit der Frequenz von Licht in der Umgebung des Brandmelders bzw. Licht innerhalb eines Frequenzbereichs bzw. einer Frequenz, beispielsweise im Infrarotbereich, im ultravioletten Bereich, im Bereich der Röntgenstrahlung, im sichtbaren Bereich des Lichtes, eine bestimmte Frequenz etc., übereinstimmt. Die Lichtempfänger werden dahin eingestellt, dass diese ausschließlich Licht der Frequenzen dieses modulierten Lichtes detektieren.
Die Lichtquelle kann unterschiedliche Frequenzen emittieren, sollte jedoch idealerweise monochromatisch sein. Die Anordnung der Lichtempfänger und die Wahl der Interferenzeinheit sind abhängig von der gewählten Lichtwellenlänge.A core of the invention is to be seen in that a light beam is generated by means of a light source, for example a laser, a laser diode or an LED diode and by an interference unit, for example a single gap, a double gap, a multiple gap, a grid, a pinhole etc is bent. This creates a so-called interference pattern. In the case of the single slit, the double slit, the multiple slit, the grating, this interference pattern results in the line pattern known in physics consisting of intensity maxima and minima. In the case of a suitably small hole, for example a pinhole, so concentric circles are also generated consisting of intensity maxima and minima. Ideally, at least two light receivers, for example photocells, are arranged at suitable locations such that they have the maximum intensity of a maximas and the minimum (no light hits the light receiver, intensity = 0) intensity of a minimas receive. Of course, another arrangement could be chosen, however, which brings a deterioration of the measurement result. In one embodiment of the method according to the invention, the light receivers are arranged symmetrically. The light source, the at least two light receivers and the interference unit arranged in the beam path between the light source and the at least two light receivers may be arranged in a measuring chamber. In this case, unmodulated light is generated and the light source, the interference unit and the at least two light receivers are housed in a housing or a measuring chamber, which is protected by the attachment of a labyrinth of extraneous light.
If brand-specific particles now enter this measuring chamber, the light emitted by the light source is scattered and / or absorbed by the particles. This means that the interference pattern experiences a disturbance: light that is undisturbed by the particles in maximum intensity from the light receivers, which can be arranged behind a maximum of the interference pattern, is attenuated by the presence of the particles, light receivers, which are arranged behind a minimas can be an intensity> zero when particles are present. The light receivers thus detect a change in the intensity of the received light. A processing unit connected to the at least two light receivers triggers an alarm upon such a change in intensity. The inventive method is fundamentally different, since not the scattering or attenuation of the light is measured, but the change or destruction of the interference pattern by particles or particles.
In order to suppress the shielding of the light from the outside, which may interfere with the light receiver, in a preferred embodiment, modulated light used, which uses a frequency that is not the frequency of light in the vicinity of the fire detector or light within a frequency range or, for example, in the infrared range, in the ultraviolet range, in the range of the X-ray, in the visible range of light, a certain frequency, etc., matches. The light receivers are set to detect only light of the frequencies of this modulated light.
The light source can emit different frequencies, but should ideally be monochromatic. The arrangement of the light receivers and the choice of the interference unit depend on the selected wavelength of light.

Ein grosser Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mehrere Lichtempfänger in einem Gebiet zusammengefasst werden können. Dies ermöglicht eine kosteneffiziente Bauweise, da die Brandmelder im Gegensatz zu den herkömmlichen Streulichtmeldern keine grosse räumliche Trennung für die Anordnung der Brandmelder notwendig ist.A major advantage of the invention is that multiple light receivers can be combined in one area. This allows a cost-effective design, since the fire alarm in contrast to the conventional scattered light detectors no large spatial separation for the arrangement of the fire alarm is necessary.

Ein weiterer Vorteil durch das Anbringen mehrerer Lichtempfänger kann darin gesehen werden, dass das Altern der Lichtempfänger bzw. Sensoren überwacht werden kann. Dies ist vor allem für die Sensoren, die hinter einem Maximum des Interferenzmusters angeordnet sind, wichtig, da diese immer ein Signal übermitteln. Ein Abflachen des Signals lässt auf ein Nachlassen der Effizienz des Brandmelders schliessen.Another advantage of attaching multiple light receivers can be seen in that the aging of the light receivers or sensors can be monitored. This is especially important for the sensors that are located behind a maximum of the interference pattern, as they always transmit a signal. A flattening of the signal indicates a decline in the efficiency of the fire alarm.

Noch ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Auftreten von Rauch nicht allein durch die Abschwächung des Signals des bei den hinter der Maxima angeordneten Lichtempfänger empfangen Lichtes detektiert wird, sondern durch die Änderung der Intensitäten bei all den einzelnen Lichtempfängern. Die Branddetektion erfolgt daher von zwei zueinander komplementär verlaufenden Signalbildern.Still another advantage is that the occurrence of smoke is detected not only by the attenuation of the signal of the light received at the light receivers located behind the maxima, but by the change the intensities of all the individual light receivers. The fire detection is therefore carried out by two mutually complementary signal images.

Auch kann durch das erfindungsgemässe Verfahren erreicht werden, dass die Brandmelder äusserst klein und kompakt in ihren Ausmassen sein können. Durch die Verwendung von moduliertem Licht besteht keine Notwendigkeit für ein sehr raum- und kostenintensives Labyrinth zum Schutz vor Fremdlicht.It can also be achieved by the method according to the invention that the fire detectors can be extremely small and compact in their dimensions. By using modulated light there is no need for a very space and cost intensive labyrinth to protect against extraneous light.

Die Erfindung wird anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen

Figur 1
eine vereinfachte Anordnung für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Figur 2
ein Interferenzmuster eines Einfachspaltes
Figur 3
ein erfindungsgemässer Brandmelder.
The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in a figure. Show
FIG. 1
a simplified arrangement for carrying out the inventive method,
FIG. 2
an interference pattern of a single slit
FIG. 3
a fire detector according to the invention.

Figur 1 zeigt eine vereinfachte Anordnung für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Eine Lichtquelle LQ, beispielsweise ein Laser, eine Laserdiode, eine LED-Diode etc., sendet einen Lichtstrahl aus, der eine Interferenzeinheit IE, beispielsweise ein Einfachspalt, ein Doppelspalt, ein Mehrfachspalt, ein Gitter, ein Lochblende etc., trifft. Das von der LED-Diode ausgesandte Licht kann derart mittels zum Beispiel eines Filters, einer Linse etc. verändert, so monochromatisches und/oder kohärentes Licht erzeugt wird. Der auf die Interferenzeinheit IE auftreffende Lichtstrahl wird an der Interferenzeinheit IE gebeugt und es entsteht ein so genanntes Interferenzbild bzw. -muster. Im Falle eines geeigneten kleinen Loches, zum Beispiel eine Lochblende, werden konzentrische Kreise ebenfalls bestehend aus Intensitätsmaxima und -minima erzeugt. Die Beugung oder Diffraktion ist die "Ablenkung" von Wellen (wie Licht- und anderen elektromagnetischen Wellen, Wasser- oder Schallwellen) an einem Hindernis, erfindungsgemäss eine Interferenzeinheit IE. Bei Beugungserscheinungen kann sich die Welle im geometrischen Schattenraum der Interferenzeinheit IE ausbreiten. Zur Beugung kommt es durch die Entstehung neuer Wellen entlang der Wellenfront gemäß dem Huygensschen Prinzip. Diese führen durch Überlagerung der Wellen zu Interferenz-Erscheinungen. Bei der Überlagerung von zwei Wellen mit gleicher Wellenlänge, gleicher Frequenz und gleichem Takt bzw. gleicher Phase verstärkt sich die Amplitude - man spricht dann von konstruktiver Interferenz (Maxima); sind die beiden Wellen um 180° phasenverschoben, sodass ein Wellenberg mit einem Wellental zusammenfällt, löschen sie sich gegenseitig aus, wenn ihre Amplitude gleich groß ist - es entsteht eine so genannte destruktive Interferenz (Minima). Durch die konstruktive Interferenz ergeben sich eine Reihe von Interferenzmaxima mit der Eigenschaft, dass der Weglängenunterschied der beiden Teilstrahlen ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist. An einem Spalt ergibt sich so wieder eine Reihe von Beugungsmaxima bzw. Beugungsminima. Sind in regelmäßigen Abständen viele Spalte angeordnet wie zum Beispiel bei einem optischen Gitter bzw. Gitter, ergibt sich eine Reihe von Beugungsreflexen, deren Anordnung derjenigen entspricht, die man bei einem Doppelspalt mit dem gleichen Abstand erwartet. Mit zunehmender Anzahl der Einzelspalte werden die Reflexe aber zu immer schärferen Linien. Da die Lage der Reflexe von der Wellenlänge des Lichtes abhängt, kann man optische Gitter zur Trennung verschiedener Wellenlängen nutzen. Die Interferenzeinheit IE wird im Strahlengang zwischen der Lichtquelle LQ und den mindestens zwei das ausgesandte Licht empfangende Lichtempfänger LE angeordnet. Der Lauf von Lichtstrahlen durch optische Geräte, die Interferenzeinheit IE, hindurch wird Strahlengang genannt. Dabei wird vereinfachend angenommen, dass Licht aus kleinen Teilchen (Photonen) besteht, die sich auf geraden Bahnen bewegen, solange sie nicht durch Linsen, Spiegel oder andere optische Bauelemente abgelenkt werden. Durch die mindestens zwei Lichtempfänger LE, die hinter der Interferenzeinheit IE angeordnet sind, können nun die durch die Beugung entstandenen Intensitätsmaxima 1 und -minima 2 (siehe Figur 2) empfangen werden. Dafür werden die Lichtempfänger LE derart angeordnet, dass die maximale Intensität eines Maximas und die minimale Intensität, ist gleich null, eines Minimas empfangen werden kann. Die Lichtempfänger LE werden idealerweise symmetrisch angeordnet, da das Interferenzmuster im Allgemeinen auch symmetrisch ist. Befinden sich nun Partikeln, beispielsweise Aerosolteilchen und Rauchpartikeln, die durch einen Brand entstehen, im Strahlengang hinter der Interferenzeinheit IE, wird das durch die Interferenzeinheit IE entstandene Interferenzmuster gestört bzw. verändert. Das erfindungs-gemässe Verfahren ist somit fundamental verschieden, da nicht die Streuung oder Abschwächung des Lichtes gemessen wird, sondern die Veränderung bzw. Zerstörung des Interferenzmusters durch Partikeln bzw. Teilchen, die für einen Brand typisch sind.
Dies wirkt sich auf die empfangenen Intensitäten bei den einzelnen Lichtempfängern LE aus. So wird ein Lichtempfänger LE, der sonst die maximale Intensität empfängt, eine Abschwächung dieser Intensität detektieren und ein Lichtempfänger LE, der normalerweise keine Intensität empfängt wird eine Intensität grösser null empfangen. Da die Lichtempfänger LE erfindungsgemäss als Photodioden bzw. Photozellen ausgebildet sein können, wird die empfangene Intensität des Lichtes in elektrische Signale umgewandelt und an eine Auswerteinheit AE weitergeleitet. Die Auswerteinheit AE bestimmt die Intensität des empfangenen Lichtes.Figure 1 shows a simplified arrangement for carrying out the inventive method. A light source LQ, for example a laser, a laser diode, an LED diode, etc., emits a light beam which strikes an interference unit IE, for example a single slit, a double slit, a multiple slit, a grid, a pinhole etc. The light emitted by the LED diode can thus be changed by means of, for example, a filter, a lens, etc., so that monochromatic and / or coherent light is generated. The incident on the interference unit IE light beam is diffracted at the interference unit IE and there is a so-called interference pattern or pattern. In the case of a suitable small hole, for example a pinhole, concentric circles are also generated consisting of intensity maxima and minima. The diffraction or Diffraction is the "deflection" of waves (such as light and other electromagnetic waves, water or sound waves) at an obstacle, according to the invention an interference unit IE. In diffraction phenomena, the wave can propagate in the geometric shadow space of the interference unit IE. The diffraction occurs through the formation of new waves along the wavefront according to Huygens' principle. These lead by interference of the waves to interference phenomena. The superimposition of two waves with the same wavelength, the same frequency and the same clock or the same phase amplifies the amplitude - one then speaks of constructive interference (maxima); If the two waves are phase-shifted by 180 °, so that a wave crest coincides with a wave trough, they cancel each other out if their amplitude is the same - resulting in a so-called destructive interference (minima). The constructive interference results in a series of interference maxima with the property that the path length difference of the two partial beams is an integer multiple of the wavelength. At a gap, this results in a series of diffraction maxima or diffraction minima. If many gaps are arranged at regular intervals, as in the case of an optical grating, for example, a series of diffraction reflections results, the arrangement of which corresponds to that which is expected for a double slit with the same spacing. As the number of individual gaps increases, however, the reflexes become increasingly sharper lines. Since the position of the reflections depends on the wavelength of the light, optical gratings can be used to separate different wavelengths. The interference unit IE is arranged in the beam path between the light source LQ and the at least two light receiver LE receiving the emitted light. The passage of light rays through optical devices, the interference unit IE, is called the beam path. It is assumed for simplicity that light consists of small particles (photons) that move on straight paths, as long as they are not deflected by lenses, mirrors or other optical components. By means of the at least two light receivers LE, which are arranged behind the interference unit IE, the intensity maxima 1 and minima 2 (see FIG. 2) resulting from the diffraction can now be received. For this purpose, the light receivers LE are arranged such that the maximum intensity of a maximas and the minimum intensity, equal to zero, of a minimas can be received. The light receivers LE are ideally arranged symmetrically, since the interference pattern is generally also symmetrical. If particles, for example aerosol particles and smoke particles, which are formed by a fire, are now located in the beam path behind the interference unit IE, the interference pattern produced by the interference unit IE is disturbed or changed. The inventive method is thus fundamentally different, since not the scattering or attenuation of the light is measured, but the change or destruction of the interference pattern by particles or particles that are typical of a fire.
This has an effect on the received intensities in the individual light receivers LE. Thus, a light receiver LE, which otherwise receives the maximum intensity, will detect an attenuation of this intensity, and a light receiver LE, which normally does not receive any intensity, will receive an intensity greater than zero. Since the light receivers LE according to the invention can be designed as photodiodes or photocells, the received intensity of the light is converted into electrical signals and forwarded to an evaluation unit AE. The evaluation unit AE determines the intensity of the received light.

Erfindungsgemäss kann die Auswerteinheit AE im Brandmelder BM und/oder in einer Brandmeldezentrale integriert sein oder eine separate Einheit darstellen. Die Lichtquelle LQ, die Interferenzeinheit IE und die mindestens zwei Lichtempfänger LE können in einer Messkammer MK eines Brandmelders BM angeordnet sein. Wird unmoduliertes Licht verwendet muss die Messkammer MK von Fremdlicht geschützt werden. Dies wird meist dadurch erreicht, dass die Messkammer MK ein so genanntes Labyrinth aufweist. Eine weitere Möglichkeit zur effizienten Rauchdetektion besteht darin, dass moduliertes Licht verwendet wird, dessen Frequenz nicht mit der Frequenz von Licht in der Umgebung des Brandmelders BM bzw. Licht in einem Frequenzbereich bzw. einer Frequenz übereinstimmt. Die Lichtempfänger LE werden dahin eingestellt, dass diese ausschließlich Licht der Frequenzen dieses modulierten Lichtes detektieren. Die Lichtquelle LQ kann unterschiedliche Frequenzen emittieren, sollte jedoch idealerweise monochromatisch sein. Die Anordnung der Lichtempfänger LE und die Wahl der Interferenzeinheit IE sind abhängig von der gewählten Lichtwellenlänge.According to the invention, the evaluation unit AE can be integrated in the fire detector BM and / or in a fire control panel or can be a separate unit. The light source LQ, the interference unit IE and the at least two light receivers LE can be arranged in a measuring chamber MK of a fire detector BM. If unmodulated light is used, the measuring chamber MK must be protected from extraneous light. This is usually achieved in that the measuring chamber MK has a so-called labyrinth. Another possibility for efficient smoke detection is that modulated light is used whose frequency does not coincide with the frequency of light in the vicinity of the fire detector BM or light in a frequency range or a frequency. The light receivers LE are set to detect only light of the frequencies of this modulated light. The light source LQ can emit different frequencies, but should ideally be monochromatic. The arrangement of the light receiver LE and the choice of the interference unit IE are dependent on the selected wavelength of light.

Figur 2 zeigt ein typisches Interferenzmuster, das durch einen Einfachspalt hervorgerufen wurde. Die empfangene maximale Intensität wird meist als 0. Maximum 2 und die weiteren schwächeren Intensitäten werden als 1. Maximum 2, 2. Maximum 2 bis hin zum n. Maximum 2 bezeichnet. Zwischen diesen Wellenbergen bzw. Maxima 2 ergeben sich Wellentäler bzw. Minima 1.Figure 2 shows a typical interference pattern caused by a single gap. The received maximum intensity is usually referred to as 0. Maximum 2 and the other weaker intensities are referred to as 1. Maximum 2, 2. Maximum 2 up to the n. Maximum 2. Between these wave crests or maxima 2 wave troughs or minima 1 result.

Figur 3 zeigt einen erfindungsgemässen Brandmelder BM, welcher unter Figur 1 beschrieben wurde. Der Brandmelder BM enthält eine Messkammer MK mit einer Lichtquelle LQ, einer Interferenzeinheit IE und mindestens zwei Lichtempfänger LE.FIG. 3 shows a fire detector BM according to the invention, which was described under FIG. The fire detector BM contains a measuring chamber MK with a light source LQ, an interference unit IE and at least two light receivers LE.

Die Lichtempfänger sind mit einer Auswerteinheit AE verbunden.The light receivers are connected to an evaluation unit AE.

Claims (17)

Verfahren zur Detektion eines Brandes mit einem Brandmelder (BM), wobei der Brandmelder (BM) eine Lichtquelle (LQ), mindestens zwei das ausgesandte Licht empfangende Lichtempfänger (LE) und eine mit den mindestens zwei Lichtempfängern verbundene Auswerteinheit (AE) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass von der Lichtquelle (LQ) ausgesandtes Licht an einer Interferenzeinheit (IE), die im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und den mindestens zwei Lichtempfängern (LE) angeordnet ist, gebeugt, das gebeugte Licht von den mindestens zwei Lichtempfängern (LE) empfangen und von der Auswerteinheit (AE) die Intensität des an jedem Lichtempfänger empfangenen Lichtes bestimmt wird und
dass aufgrund brandtypischer Partikeln im Strahlengang des ausgesandten Lichtes eine Veränderung der Intensität des empfangenen Lichtes von der Auswerteinheit (AE) detektiert und ein Alarm ausgelöst wird.Method for detecting a fire with a fire detector (BM), the fire detector (BM) having a light source (LQ), at least two light receivers (LE) receiving the emitted light and an evaluation unit (AE) connected to the at least two light receivers,
characterized,
in that light emitted by the light source (LQ) is diffracted at an interference unit (IE) located in the beam path between the light source and the at least two light receivers (LE), receives the diffracted light from the at least two light receivers (LE), and from the Evaluation unit (AE), the intensity of the light received at each light receiver is determined and
that due to fire-typical particles in the beam path of the emitted light, a change in the intensity of the received light detected by the evaluation unit (AE) and an alarm is triggered. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Interferenzeinheit (IE) ein Einfachspalt, ein Doppelspalt, ein Mehrfachspalt, ein Gitter und/oder eine Lochblende verwendet werden.Method according to claim 1,
characterized,
in that a single slit, a double slit, a multiple slit, a grid and / or a pinhole are used as the interference unit (IE). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei Lichtempfänger (LE) derart angeordnet sind, dass die maximale Intensität der durch das Beugen des Lichtes entstandenen Maxima (2) empfangen wird.Method according to one of the preceding claims,
characterized,
the at least two light receiver (LE) are arranged such that the maximum intensity of the resulting by the bending of light maxima (2) is received. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei Lichtempfänger (LE) derart angeordnet sind, dass die minimale Intensität der durch das Beugen des Lichtes entstandenen Minima (1) empfangen wird.Method according to one of the preceding claims,
characterized,
the at least two light receiver (LE) are arranged such that the minimum intensity of the minima caused by the bending of the light (1) is received. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei Lichtempfänger (LE) symmetrisch angeordnet sind.Process according to claims 3 and 4,
characterized,
the at least two light receiver (LE) are arranged symmetrically. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Lichtquelle (LQ) ein Laser, eine Laserdiode und/oder eine LED-Diode verwendet werden.Method according to one of the preceding claims,
characterized,
in that a laser, a laser diode and / or an LED diode are used as the light source (LQ). Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtquelle (LQ) monochromatisches Licht aussendet.Method according to claim 6,
characterized,
that the light source (LQ) emits monochromatic light. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass moduliertes Licht verwendet wird.Process according to claims 6 and 7,
characterized,
that modulated light is used. Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass für die Frequenz des modulierten Lichtes eine Frequenz außerhalb des Frequenzbereichs des sichtbaren Lichtes und/oder des Lichtes der Umgebung des Brandmelders (BM) verwendet wird.Process according to claims 6 to 8,
characterized,
that a frequency outside the frequency range of visible light and / or light, the environment of the fire detector for the frequency of the modulated light (BM) is used. Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass für die Frequenzen des modulierten Lichtes aus dem Frequenzbereich des Lichtes und/oder des Lichtes der Umgebung des Brandmelders (BM) verwendet wird.Process according to claims 6 to 8,
characterized,
that is used for the frequencies of the modulated light from the frequency range of the light and / or the light of the environment of the fire detector (BM). Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtempfänger (LE) nur Licht des modulierten Lichtes empfangen.Process according to claims 6 to 10,
characterized,
that the light receivers (LE) receive only light of the modulated light. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass unmoduliertes Licht verwendet wird.Process according to claims 6 and 7,
characterized,
that unmodulated light is used. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einer Messkammer (MK) die Lichtquelle (LQ), die Interferenzeinheit (IE) und die mindestens zwei Lichtempfänger (LE) angeordnet sind.Process according to claims 6 and 12,
characterized,
in that the light source (LQ), the interference unit (IE) and the at least two light receivers (LE) are arranged in a measuring chamber (MK). Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei der Messkammer (MK) zum Schutz gegen Fremdlicht ein Labyrinth verwendet wird.Method according to claim 13,
characterized,
that a labyrinth is used in the measuring chamber (MK) for protection against extraneous light. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die brandtypischen Partikeln Rauch- und/oder Aerosolpartikel eines Brandes sind.Method according to one of the preceding claims,
characterized,
that the fire-typical particles are smoke and / or aerosol particles of a fire. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anordnung der mindestens zwei Lichtempfänger (LE) und die Wahl der Interferenzeinheit (IE) abhängig von der gewählten Lichtwellenlänge sind.Method according to one of the preceding claims,
characterized,
that the arrangement of at least two light receiver (LE) and the selection of the interference unit (IE) are dependent on the selected wavelength of light. Brandmelder (BM) zur Detektion eines Brandes, wobei der Brandmelder (BM) eine Lichtquelle (LQ), mindestens zwei das ausgesandte Licht empfangende Lichtempfänger (LE) und eine mit den mindestens zwei Lichtempfängern (LE) verbundene Auswerteinheit (AE) aufweist, - mit der Lichtquelle (LQ) zum Aussenden von Licht, - mit einer Interferenzeinheit (IE), die im Strahlengang zwischen der Lichtquelle (LQ) und den mindestens zwei Lichtempfängern (LE) angeordnet ist, zum Beugen des Lichtes, - mit den mindestens zwei Lichtempfängern (LE) zum Empfangen des gebeugten Lichtes, - mit der Auswerteinheit (AE) zum Bestimmen der Intensität des an jedem Lichtempfänger (LE) empfangenen Lichtes und zum Ausgeben eines Alarms bei einer Veränderung der Intensität des empfangenen Lichtes aufgrund brandtypischer Partikeln im Strahlengang des ausgesandten Lichtes. Fire detector (BM) for detecting a fire, the fire detector (BM) having a light source (LQ), at least two light receivers (LE) receiving the emitted light and an evaluation unit (AE) connected to the at least two light receivers (LE), with the light source (LQ) for emitting light, with an interference unit (IE), which is arranged in the beam path between the light source (LQ) and the at least two light receivers (LE), for diffracting the light, with the at least two light receivers (LE) for receiving the diffracted light, - With the evaluation unit (AE) for determining the intensity of the light received at each light receiver (LE) and for outputting an alarm upon a change in the intensity of the received light due to fire-typical particles in the beam path of the emitted light.
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