EP2091031A1 - Optischer Rauchmelder mit in Lichtempfänger integriertem Verstärker - Google Patents

Optischer Rauchmelder mit in Lichtempfänger integriertem Verstärker Download PDF

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EP2091031A1
EP2091031A1 EP08101645A EP08101645A EP2091031A1 EP 2091031 A1 EP2091031 A1 EP 2091031A1 EP 08101645 A EP08101645 A EP 08101645A EP 08101645 A EP08101645 A EP 08101645A EP 2091031 A1 EP2091031 A1 EP 2091031A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light receiver
amplifier
light
smoke
realized
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08101645A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Aebersold
Wolf Dr. Liebert
Knut Späte
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 AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP08101645A priority Critical patent/EP2091031A1/de
Publication of EP2091031A1 publication Critical patent/EP2091031A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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
    • G08B17/107—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 for detecting light-scattering due to smoke
    • 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
    • G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G08B17/113—Constructional details

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of danger detection technology. More particularly, the present invention relates to a device for optically detecting smoke comprising a light receiver for receiving a measuring light emitted by a light emitter and an amplifier connected downstream of the light receiver for amplifying the measuring signals provided by the light receiver.
  • the present invention further relates to a hazard detection system comprising at least two of said optical smoke detecting devices, and to a method of detecting smoke by means of an above-mentioned optical smoke detecting device.
  • the shielding elements can be (a) the photodiode alone, (b) the photodiode together with some wiring, (c) a photo amplifier downstream of the photodiode, (d) the photodiode and a photo amplifier or (e) the entire fire or smoke detector protect against the influence of electromagnetic interference.
  • the shielding by means of metallic shielding represents a technically relatively complex and also a costly measure in the production of optical smoke detectors.
  • the invention has for its object to provide a device for detecting smoke, which can be made simple and inexpensive and also has a high false detection with a low false alarm rate.
  • an apparatus for detecting smoke comprises (a) a light receiver arranged to receive a measuring light emitted by a light emitter, and (b) an amplifier which is coupled to an output of the light receiver and is arranged to amplify a measuring signal output by the light receiver.
  • the light receiver and the amplifier are realized by means of a common component.
  • the described optical smoke detection device is based on the finding that, due to a spatially close arrangement of light receiver and amplifier, the conduction path between the light receiver and the amplifier, which is sensitive with regard to undesired interference, can be shortened to a minimum length. As a result, trapping or receiving electromagnetic interference can be prevented in a simple and effective manner, or the intensity of electromagnetic interference can be at least considerably reduced.
  • the sensitivity of a line section in particular to magnetic interference, can also be determined by the area that surrounds this line section.
  • the line section can be in particular the outgoing and the return line of a measuring line.
  • the short distance between the light receiver and the amplifier not only a short line path length but also a small enclosed area is ensured. Thus, a low electromagnetic compatibility is ensured in this regard.
  • Shortening the electromagnetic path sensitive conduction path can result in significantly improving the electromagnetic compatibility of the entire smoke detection device. This can reduce the likelihood of false alarms even without the Use of elaborate metallic shields can be effectively reduced. Of course, it is still possible to increase the electromagnetic compatibility in addition by suitable shielding.
  • the combination of light receiver and amplifier within a common component further has the advantage that the described optical smoke detection device can be constructed within a particularly compact design.
  • the number of components required for the described smoke detector is reduced in comparison to known smoke detectors.
  • the described optical smoke detection device may of course still have the above-described light emitter.
  • the light emitter which may be mounted together with the light receiver on a common printed circuit board, is to be regarded as optional. Namely, it is also possible that the light emitter is located outside the described optical smoke detection device and thus not associated with the smoke detection device.
  • light sources may also serve as light transmitters, for example, which also illuminate a region to be monitored for other purposes. In extreme cases, the light emitter may even be the sun.
  • the device additionally has an impedance converter, which is connected downstream of the light receiver and is realized together with the light receiver and the amplifier by means of a common component.
  • an impedance converter has the advantage that a typically very high-impedance output signal of the light receiver can be converted into a low-impedance signal, without one by a current drain caused voltage drop is to get.
  • the measurement signal provided by the light receiver can be amplified by the amplifier without the measurement voltage provided by the light receiver falling or collapsing together due to an input current of the amplifier, in particular with a small input resistance of the amplifier.
  • a measurement signal can be provided, which is largely directly proportional to the incident on the light receiver light intensity.
  • the combination of impedance converter and amplifier which ensure a high linearity of the processing of the signals provided by the light receiver, are often referred to as a photo-amplifier.
  • the light receiver and the photo-amplifier are realized by means of a common component.
  • the light receiver and the amplifier are realized by means of a common semiconductor device.
  • the common design of the light receiver and the amplifier or the light receiver and the photo-amplifier within a semiconductor device has the advantage that all described optoelectronic and electronic components can be produced by means of a common semiconductor manufacturing process.
  • the light receiver may be formed in a known manner as a photodiode.
  • a common semiconductor manufacturing of the optoelectronic and electronic components has the advantage that a plurality of corresponding semiconductor devices can be produced from a single wafer. To this In this way, the cost of manufacturing light receivers and downstream electronics can be significantly reduced as compared to a separate device circuit. This also reduces the production costs for the described optical smoke detection device, so that it can be offered as a so-called. Low-cost product for private applications.
  • the reduction in manufacturing costs may relate both to the cost of the common semiconductor device compared to the cost of separate components and to a lower cost of assembly and electrical contacts.
  • the cost of assembly and electrical contacts is naturally lower in the common semiconductor device than in separate components, since only one component has to be handled and between the individual optoelectronic and electronic components no more wiring must be formed.
  • no shielding or shielding are required in comparison to known smoke detectors, so that not only the material costs but also the manufacturing costs can be reduced due to a much simpler installation.
  • the light receiver and the amplifier are realized within a common housing.
  • the arrangement of the light receiver and the amplifier or the photoreceiver and the photo-amplifier within a single housing has the advantage that even conventional optoelectronic and electronic components can be combined to form a single component, without thereby sensitive to undesirable interference conduction path between the light receiver and the amplifier is extended. Furthermore, the described optical smoke detection device can also be realized with a light receiver which is not an optoelectronic semiconductor device.
  • a hazard detection system for detecting smoke.
  • the danger reporting system has (a) a center and (b) at least two devices according to one of claims 1 to 4, which are coupled to the center via a communication link.
  • the described danger detection system is based on the finding that the peripheral units of the danger detection system for the detection of smoke can be equipped with a common component, in which both at least the light receiver and the amplifier are formed. As explained above, the electromagnetic compatibility of the described optical smoke detection device can thereby be significantly improved. Metallic shielding elements are not absolutely necessary for this.
  • the peripheral units may be coupled to the control center by means of a wired or wireless communication link.
  • a method of detecting smoke comprises (a) receiving a measuring light emitted by a light emitter by means of a light receiver, and (c) amplifying a measuring signal output by the light receiver by means of an amplifier.
  • the light receiver and the amplifier are realized by means of a common component.
  • the described method is also based on the finding that the conduction path between the light receiver and the amplifier, which is particularly sensitive to electromagnetic interference, can be shortened to a minimum length by means of a spatially close arrangement of the light receiver and amplifier. This can be an effective way Interception or reception of electromagnetic interference is prevented or the intensity of electromagnetic interference at least considerably reduced.
  • an optical smoke detector 100 has a light emitter 140 and a light receiver 122.
  • the light emitter 140 and the light receiver 122 are arranged relative to one another in such a way that only light of the light emitter 140 scattered, for example, against smoke particles reaches the light receiver 122.
  • the light transmitter is a light-emitting diode 140 and the light receiver is a photodiode 122.
  • the term light electromagnetic Radiation with arbitrary wavelengths is understood.
  • the light may comprise electromagnetic radiation in the visible, near or far ultraviolet, or in the near or far infrared spectral region.
  • infrared measurement light for smoke detection has the advantage that particularly high light intensities can be achieved with known semiconductor light-emitting diodes.
  • infrared measuring light has the advantage that it can not be perceived by the human eye, so that the pulsed or continuous measuring light necessary for smoke detection does not disturb persons who are in a smoke-monitored room.
  • the described smoke detector can be operated even in darkened rooms such as a darkened lecture room or a movie theater.
  • the light-emitting diode 140 and the photodiode 122 are mounted on a printed circuit board 110, for example in SMD technology.
  • the light-emitting diode 140 is associated with an electronic driver circuit 145 which, depending on a selected operating mode, applies a constant current or current pulses to the light-emitting diode 140.
  • the driver circuit 145 is supplied by a not shown microcontroller of the optical smoke detector 100 with corresponding control signals.
  • the photodiode 122 is followed by a photo-amplifier 125, which amplifies a first typically very small measurement signal so that the amplified measurement signal can be supplied via a signal line 125a an analog-to-digital converter 130 and used by this.
  • the analog-to-digital converter 130 is likewise connected to the microcontroller, which is not shown, which evaluates the digitized measurement signal in a suitable manner and optionally initiates an alarm message.
  • the photo-amplifier 125 has an impedance converter 127 and an amplifier 129, which together provide in a known manner both for an impedance matching of the output of the photodiode 122 and for an amplification of the impedance-matched measuring signal.
  • the impedance converter 127 and the amplifier 129 may also be realized by means of a common circuit.
  • the photodiode 122, the impedance converter 127 and the amplifier 129 are realized by means of a common semiconductor device 120.
  • the length of the conduction path between the photodiode 122 and the impedance converter 127 and the length of the conduction path between the photodiode 122 and the photo-amplifier 125 can be reduced to a minimum. In this way, the sensitivity of the line path to the unwanted reception of electromagnetic interference is significantly reduced.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a circuit diagram of a portion of the smoke detector 100.
  • the photodiode 222 is the photo amplifier 225 connected downstream.
  • the signal line between the photodiode 222 and the photo-amplifier 225 is designated by the reference numeral 222a.
  • the photo amplifier 225, the analog-to-digital converter 230 is connected downstream.
  • the signal line between the photo-amplifier 225 and the analog-to-digital converter 230 is indicated by reference numeral 225a.
  • the signal line 222a is particularly sensitive to possible interference received by electromagnetic radiation in the measurement signal. Due to the common formation of the two components photodiode 222 and photo amplifier 225 within a common semiconductor device is also the signal line 222a is formed in the integrated semiconductor common device. Thus, the length of the signal line 222a can be reduced to a minimum. As a result, the compatibility of the smoke detector 100 against electromagnetic interference is particularly high.

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Detektieren von Rauch beschrieben, welche aufweist einen Lichtempfänger (122, 222), eingerichtet zum Empfangen eines von einem Lichtsender (140) ausgesandten Messlichts, und einen Verstärker (129, 225), welcher mit einem Ausgang des Lichtempfängers (122, 222) gekoppelt ist und zum Verstärken eines von dem Lichtempfänger (122, 222) ausgegebenen Messsignals eingerichtet ist. Der Lichtempfänger (122, 222) und der Verstärker (129, 225) sind mittels eines gemeinsamen Bauelements (120) realisiert. Es wird ferner beschrieben ein Gefahrmeldesystem mit zumindest zwei der genannten Vorrichtungen (100) zum optischen Detektieren von Rauch sowie ein Verfahren zum Detektieren von Rauch mittels einer oben genannten Vorrichtung (100) zum optischen Detektieren von Rauch.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Gefahrmeldetechnik. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum optischen Detektieren von Rauch, welche einen Lichtempfänger zum Empfangen eines von einem Lichtsender ausgesandten Messlichts und einen dem Lichtempfänger nachgeschalteten Verstärker zum Verstärken der von dem Lichtempfänger bereitgestellten Messsignale aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Gefahrmeldesystem mit zumindest zwei der genannten Vorrichtungen zum optischen Detektieren von Rauch sowie ein Verfahren zum Detektieren von Rauch mittels einer oben genannten Vorrichtung zum optischen Detektieren von Rauch.
  • In dem Bereich der Gefahrmeldetechnik ist es bekannt, einen Brand bzw. Rauch in einem gefahrenüberwachten Bereich mittels eines optischen bzw. photoelektrischen Rauchmelders zu detektieren. Diese Rauchmelder arbeiten nach dem Prinzip des Streulichtverfahrens. Dabei wird ausgenutzt, dass klare Luft praktisch kein Licht streut. Befinden sich aber Rauchpartikel in der Luft bzw. in einer optischen Kammer des Rauchmelders, so wird ein von einem Lichtsender ausgesandter Messlichtstrahl an den Rauchpartikeln zumindest teilweise gestreut. Ein Teil dieses Streulichtes fällt dann auf einen Lichtempfänger, der typischerweise nicht direkt vom Messlichtstrahl beleuchtet wird. Ohne Rauchpartikel in der Luft kann der Messlichtstrahl den Lichtempfänger dann nicht erreichen. Ein Brandfall kann an eine Zentrale eines Gefahrmeldesystems gemeldet und/oder einer Person mittels einer optischen und/oder akustischen Anzeige signalisiert werden.
  • Die meisten optischen Brand- bzw. Rauchmelder verwenden als Lichtempfänger eine Photodiode. In Anbetracht der typischerweise sehr geringen detektierten Streulichtintensitäten liefern die Photodioden als Messsignal lediglich einen schwachen Photostrom in der Größenordnung von typischerweise wenigen nA. Damit besteht die Gefahr, dass von einer Leitung, in welcher der schwache Photostrom geführt wird, elektromagnetische Strahlung empfangen wird, die zu falschen Messsignalen führt. Diese können dann zu Falschalarmmeldungen oder im Extremfall sogar zu einem Ausbleiben einer Alarmmeldung führen, wenn sich nämlich eine tatsächliches Messsignal und eine empfangenes Störsignal zumindest annähernd kompensieren.
  • Es ist zwar bekannt, den Einfluss von elektromagnetischer Störstrahlung durch die Verwendung von metallischen Abschirmelementen zu reduzieren. Die Abschirmelemente können dabei (a) die Photodiode alleine, (b) die Photodiode zusammen mit einigen Verdrahtungen, (c) einen der Photodiode nachgeschalteten Photoverstärker, (d) die Photodiode und einen Photoverstärker oder (e) den gesamten Brand- bzw. Rauchmelder vor dem Einfluss von elektromagnetischer Störstrahlung schützen. Die Abschirmung mittels metallischer Abschirmelemente stellt jedoch eine technisch relative aufwendige und zudem eine kostenintensive Maßnahme bei der Herstellung von optischen Rauchmeldern dar.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Detektieren von Rauch zu schaffen, welche einfach und preiswert gefertigt werden kann und zudem bei einer geringen Fehlalarmrate eine hohe Detektierungssicherheit aufweist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Detektieren von Rauch beschrieben. Die Vorrichtung weist auf (a) einen Lichtempfänger, eingerichtet zum Empfangen eines von einem Lichtsender ausgesandten Messlichts, und (b) einen Verstärker, welcher mit einem Ausgang des Lichtempfängers gekoppelt ist und zum Verstärken eines von dem Lichtempfänger ausgegebenen Messsignals eingerichtet ist. Erfindungsgemäß sind der Lichtempfänger und der Verstärker mittels eines gemeinsamen Bauelements realisiert.
  • Der beschriebenen optischen Rauchdetektierungsvorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine räumlich nahe Anordnung von Lichtempfänger und Verstärker der hinsichtlich unerwünschter Störungen sensible Leitungspfad zwischen dem Lichtempfänger und dem Verstärker auf eine minimale Länge verkürzt werden kann. Dadurch kann auf einfache und zugleich auf effektive Weise ein Einfangen bzw. Empfangen von elektromagnetischen Störungen verhindert oder die Intensität von elektromagnetischen Störungen zumindest erheblich reduziert werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass für die Empfindlichkeit eines Leitungsabschnittes insbesondere gegenüber magnetischen Störungen auch die Fläche maßgeblich sein kann, die dieser Leitungsabschnitt umschließt. Der Leitungsabschnitt kann dabei insbesondere die Hin- und die Rückleitung einer Messleitung sein. In Anbetracht der kurzen Beabstandung zwischen Lichtempfänger und Verstärker ist jedoch nicht nur eine kurze Leitungspfadlänge sondern auch eine kleine eingeschlossene Fläche gewährleistet. Somit ist auch in dieser Hinsicht eine geringe elektromagnetische Verträglichkeit gewährleistet.
  • Die Verkürzung des hinsichtlich elektromagnetischer Störungen sensiblen Leitungspfades kann zur Folge haben, dass die elektromagnetische Verträglichkeit der gesamten Rauchdetektierungsvorrichtung erheblich verbessert wird. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmmeldungen auch ohne die Verwendung von aufwendigen metallischen Abschirmungen wirksam reduziert werden. Selbstverständlich ist es jedoch auch weiterhin möglich, die elektromagnetische Verträglichkeit zusätzlich durch geeignete Abschirmelemente zu erhöhen.
  • Die Vereinigung von Lichtempfänger und Verstärker innerhalb eines gemeinsamen Bauelements hat ferner den Vorteil, dass die beschriebene optische Rauchdetektierungsvorrichtung innerhalb einer besonders kompakten Bauform aufgebaut werden kann. Außerdem wird die Anzahl an benötigten Bauteilen für den beschriebenen Rauchmelder im Vergleich zu bekannten Rauchmeldern reduziert.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die beschriebene optische Rauchdetektierungsvorrichtung selbstverständlich auch noch den oben beschriebenen Lichtsender aufweisen kann. Der Lichtsender, welcher beispielsweise zusammen mit dem Lichtempfänger an einer gemeinsamen Leiterplatte angebracht sein kann, ist jedoch als optional anzusehen. Es ist nämlich ebenso möglich, dass der Lichtsender außerhalb der beschriebenen optischen Rauchdetektierungsvorrichtung angeordnet und somit nicht der Rauchdetektierungsvorrichtung zugeordnet ist. Ferner können als Lichtsender beispielsweise auch Lichtquellen dienen, welche einen zu überwachenden Bereich auch für andere Zwecke beleuchten. Im Extremfall kann der Lichtsender sogar die Sonne sein.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zusätzlich einen Impedanzwandler auf, welcher dem Lichtempfänger nachgeschaltet ist und zusammen mit dem Lichtempfänger und dem Verstärker mittels eines gemeinsamen Bauelements realisiert ist.
  • Die zusätzliche Verwendung eines Impedanzwandlers hat den Vorteil, dass ein typischerweise sehr hochohmiges Ausgangssignal des Lichtempfängers in ein niederohmiges Signal umgewandelt werden kann, ohne dass ein durch eine Stromentnahme verursachter Spannungsabfall zu besorgen ist. Dadurch kann das von dem Lichtempfänger bereit gestellte Messsignal von dem Verstärker verstärkt werden, ohne dass durch einen Eingangsstroms des Verstärkers insbesondere bei einem kleinen Eingangswiderstand des Verstärkers die von dem Lichtempfänger bereitgestellte Messspannung abfällt oder zusammen bricht. Auf diese Weise kann von den innerhalb eines Bauelements ausgebildeten Komponenten Lichtempfänger, Impedanzwandler und Verstärker ein Messsignal bereitgestellt werden, welches weitgehend direkt proportional zu der auf den Lichtempfänger einfallenden Lichtintensität ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Kombination aus Impedanzwandler und Verstärker, welche eine hohe Linearität der Verarbeitung der von dem Lichtempfänger bereitgestellten Signale gewährleisten, häufig auch als Photoverstärker bezeichnet werden. Somit sind bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung der Lichtempfänger und der Photoverstärker mittels eines gemeinsamen Bauelements realisiert.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Lichtempfänger und der Verstärker mittels eines gemeinsamen Halbleiter-Bauelements realisiert.
  • Die gemeinsame Ausbildung des Lichtempfängers und des Verstärkers bzw. des Lichtempfängers und des Photoverstärkers innerhalb eines Halbleiter-Bauelements hat den Vorteil, dass alle beschriebenen optoelektronischen und elektronischen Komponenten mittels eines gemeinsamen Halbleiter-Fertigungsprozesses hergestellt werden können. Dabei kann der Lichtempfänger in bekannter Weise als Photodiode ausgebildet sein.
  • Eine gemeinsame halbleitertechnische Fertigung der optoelektronischen und elektronischen Komponenten hat den Vorteil, dass eine Vielzahl von entsprechenden Halbleiter-Bauelementen aus einem einzigen Wafer hergestellt werden können. Auf diese Weise können die Herstellungskosten von Lichtempfänger und der nachgeschalteten Elektronik im Vergleich zu einer Schaltung mit getrennten Bauelementen erheblich reduziert werden. Damit reduzieren sich auch die Herstellungskosten für die beschriebene optische Rauchdetektierungsvorrichtung, so dass diese als sog. Low-Cost Produkt auch für private Anwendungen angeboten werden kann. Die Reduzierung der Herstellkosten kann sich dabei sowohl auf die Kosten des gemeinsamen Halbleiter-Bauelements im Vergleich zu den Kosten von getrennten Bauelementen als auch auf einen geringeren Aufwand für Montage und elektrische Kontaktierungen beziehen. Der Aufwand für Montage und elektrische Kontaktierungen ist bei dem gemeinsamen Halbleiter-Bauelement naturgemäß geringer als bei getrennten Bauelementen, da lediglich ein Bauelement gehandhabt werden muss und zwischen den einzelnen optoelektronischen und elektronischen Komponenten keine Verdrahtungen mehr ausgebildet werden müssen. Außerdem sind im Vergleich zu bekannten Rauchmeldern keine Abschirmelemente bzw. Abschirmbleche mehr erforderlich, so dass nicht nur die Materialkosten sondern auch die Herstellungskosten infolge einer erheblich einfacheren Montage reduziert werden können.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Lichtempfänger und der Verstärker innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses realisiert.
  • Die Anordnung des Lichtempfängers und des Verstärkers bzw. des Lichtempfängers und des Photoverstärkers innerhalb eines einzigen Gehäuses hat den Vorteil, dass auch herkömmliche optoelektronische und elektronische Bauelemente zu einem einzigen Bauelement kombiniert werden können, ohne dass dabei der hinsichtlich unerwünschter Störungen sensible Leitungspfad zwischen dem Lichtempfänger und dem Verstärker verlängert wird. Ferner kann die beschriebene optische Rauchdetektierungsvorrichtung auch mit einem Lichtempfänger realisiert werden, welcher kein optoelektronisches Halbleiterbauelement ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gefahrmeldesystem zum Detektieren von Rauch beschrieben. Das Gefahrmeldesystem weist auf (a) eine Zentrale und (b) zumindest zwei Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche mit der Zentrale über eine Kommunikationsverbindung gekoppelt sind.
  • Dem beschriebenen Gefahrmeldesystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Peripherieeinheiten des Gefahrmeldesystems zur Detektion von Rauch mit einem gemeinsamen Bauelement ausgestattet werden können, in dem sowohl zumindest der Lichtempfänger und der Verstärker ausgebildet sind. Wie oben bereits erläutert kann dadurch die elektromagnetische Verträglichkeit der beschriebenen optischen Rauchdetektierungsvorrichtung erheblich verbessert werden. Metallische Abschirmelemente sind dafür nicht zwingend erforderlich.
  • Die Peripherieeinheiten können mittels einer drahtgebundenen oder mittels einer drahtlosen Kommunikationsverbindung mit der Zentrale gekoppelt sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren von Rauch beschrieben. Das Verfahren weist auf (a) ein Empfangen eines von einem Lichtsender ausgesandten Messlichts mittels eines Lichtempfängers, und (c) Verstärken eines von dem Lichtempfänger ausgegebenen Messsignals mittels eines Verstärkers. Erfindungsgemäß sind der Lichtempfänger und der Verstärker mittels eines gemeinsamen Bauelements realisiert.
  • Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine räumlich nahe Anordnung von Lichtempfänger und Verstärker der hinsichtlich elektromagnetischer Störungen besonders empfindliche Leitungspfad zwischen dem Lichtempfänger und dem Verstärker auf eine minimale Länge verkürzt werden kann. Dadurch kann auf effektive Weise ein Einfangen bzw. Empfangen von elektromagnetischen Störungen verhindert oder die Intensität von elektromagnetischen Störungen zumindest erheblich reduziert werden.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
    • Figur 1
    zeigt einen optischen Rauchmelder mit einem Halbleiterbauelement, in dem eine Photodiode, ein Impedanzwandler und ein Verstärker vereinigt sind.
    Figur 2
    zeigt ein Schaltbild eines Teils des in Figur 1 dargestellten Rauchmelders.
  • An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeichnung die Bezugszeichen von gleichen oder von einander entsprechenden Komponenten lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich, weist ein optischer Rauchmelder 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Lichtsender 140 und einen Lichtempfänger 122 auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind Lichtsender 140 und Lichtempfänger 122 relativ zueinander derart angeordnet, dass lediglich beispielsweise an Rauchpartikeln gestreutes Licht des Lichtsenders 140 den Lichtempfänger 122 erreicht. Ferner ist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Lichtsender eine Leuchtdiode 140 und der Lichtempfänger ist eine Photodiode 122.
  • In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass in dieser Anmeldung unter dem Begriff Licht elektromagnetische Strahlung mit beliebigen Wellenlängen verstanden wird. So kann das Licht beispielsweise elektromagnetische Strahlung im sichtbaren, im nahen oder fernen ultravioletten oder im nahen oder fernen infraroten Spektralbereich umfassen.
  • Die Verwendung von infrarotem Messlicht zur Rauchdetektierung hat den Vorteil, dass mit bekannten Halbleiter-Leuchtdioden besonders hohe Lichtintensitäten erreicht werden können. Außerdem hat infrarotes Messlicht den Vorteil, dass es vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden kann, so dass das zur Rauchdetektierung notwendige gepulste oder kontinuierliche Messlicht Personen nicht stört, die sich in einem rauchüberwachten Raum aufhalten. Somit kann der beschriebene Rauchdetektor sogar in abgedunkelten Räumen wie beispielsweise einem abgedunkelten Vortragsraum oder einem Kino betrieben werden.
  • Die Leuchtdiode 140 und die Photodiode 122 sind an einer Leiterplatte 110 beispielsweise in SMD Technik angebracht. Der Leuchtdiode 140 ist eine elektronische Treiberschaltung 145 zugeordnet, welche abhängig von einem gewählten Betriebsmodus die Leuchtdiode 140 mit einem zeitlich konstanten Strom oder mit Strompulsen beaufschlagt. Die Treiberschaltung 145 wird von einem nicht dargestellten Mikrocontroller des optischen Rauchmelders 100 mit entsprechenden Steuersignalen versorgt.
  • Der Photodiode 122 ist ein Photoverstärker 125 nachgeschaltet, welcher ein zunächst typischerweise sehr kleines Messsignal so verstärkt, dass das verstärkte Messsignal über eine Signalleitung 125a einem Analog-Digital-Konverter 130 zugeführt und von diesem auch verwertet werden kann. Der Analog-Digital-Konverter 130 ist ebenfalls mit dem nicht dargestellten Mikrocontroller verbunden, welcher das digitalisierte Messsignal in geeigneter Weise auswertet und gegebenenfalls eine Alarmmeldung initiiert.
  • Der Photoverstärker 125 weist einen Impedanzwandler 127 und einen Verstärker 129 auf, welche zusammen in bekannter Weise sowohl für eine Impedanzanpassung des Ausgangs der Photodiode 122 als auch für eine Verstärkung des impedanzangepassten Messsignals sorgen. Selbstverständlich können der Impedanzwandler 127 und der Verstärker 129 auch mittels einer gemeinsamen Schaltung realisiert sein.
  • Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Photodiode 122, der Impedanzwandler 127 und der Verstärker 129 mittels eines gemeinsamen Halbleiter-Bauelements 120 realisiert. Dadurch kann die Länge des Leitungspfades zwischen der Photodiode 122 und dem Impedanzwandler 127 bzw. die Länge des Leitungspfades zwischen der Photodiode 122 und dem Photoverstärker 125 auf ein Minimum reduziert werden. Auf diese Weise wird die Empfindlichkeit des Leitungspfades gegenüber dem unerwünschten Empfang von elektromagnetischer Störstrahlung erheblich reduziert.
  • Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Schaltbild eines Teils des Rauchmelders 100. Der Photodiode 222 ist der Photoverstärker 225 nachgeschaltet. Die Signalleitung zwischen Photodiode 222 und Photoverstärker 225 ist mit dem Bezugszeichen 222a gekennzeichnet.
  • Dem Photoverstärker 225 ist der Analog-Digital-Konverter 230 nachgeschaltet. Die Signalleitung zwischen Photoverstärker 225 und Analog-Digital-Konverter 230 ist mit dem Bezugszeichen 225a gekennzeichnet.
  • Infolge des lediglich sehr schwachen Stroms von typischerweise wenigen nA, welcher von der Photodiode 222 bereitgestellt wird, ist die Signalleitung 222a in Bezug auf mögliche durch elektromagnetische Strahlung empfangene Störungen im Messsignal besonders sensibel. Infolge der gemeinsamen Ausbildung der beiden Komponenten Photodiode 222 und Photoverstärker 225 innerhalb eines gemeinsamen Halbleiter-Bauelements ist auch die Signalleitung 222a in dem integrierten gemeinsamen Halbleiter-Bauelement ausgebildet. Damit kann die Länge der Signalleitung 222a auf ein Minimum reduziert werden. Dadurch ist die Verträglichkeit des Rauchmelders 100 gegenüber elektromagnetischer Störstrahlung besonders hoch.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Detektieren von Rauch, die Vorrichtung (100) aufweisend
    • einen Lichtempfänger (122, 222), eingerichtet zum Empfangen eines von einem Lichtsender (140) ausgesandten Messlichts, und
    • einen Verstärker (129, 225), welcher mit einem Ausgang des Lichtempfängers (122, 222) gekoppelt ist und zum Verstärken eines von dem Lichtempfänger (122, 222) ausgegebenen Messsignals eingerichtet ist,
    wobei
    der Lichtempfänger (122, 222) und der Verstärker (129, 225) mittels eines gemeinsamen Bauelements (120) realisiert sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, zusätzlich aufweisend
    • einen Impedanzwandler (127, 225), welcher dem Lichtempfänger (122, 222) nachgeschaltet und zusammen mit dem Lichtempfänger (122, 222) und dem Verstärker (129, 225) mittels eines gemeinsamen Bauelements (120) realisiert ist.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei
    der Lichtempfänger (122, 222) und der Verstärker (129, 225) mittels eines gemeinsamen Halbleiter-Bauelements (120) realisiert sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei
    der Lichtempfänger (122, 222) und der Verstärker (129, 225) innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses realisiert sind.
  5. Gefahrmeldesystem zum Detektieren von Rauch, das Gefahrmeldesystem aufweisend
    • eine Zentrale und
    • zumindest zwei Vorrichtungen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche mit der Zentrale über eine Kommunikationsverbindung gekoppelt sind.
  6. Verfahren zum Detektieren von Rauch, das Verfahren aufweisend
    • Empfangen eines von einem Lichtsender (140) ausgesandten Messlichts mittels eines Lichtempfängers (122, 222), und
    • Verstärken eines von dem Lichtempfänger (122, 222) ausgegebenen Messsignals mittels eines Verstärkers (129, 225),
    wobei
    der Lichtempfänger (122, 222) und der Verstärker (129, 225) mittels eines gemeinsamen Bauelements (120) realisiert sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2342701B1 (de) * 2008-10-29 2012-12-26 Siemens Aktiengesellschaft Lichtempfangseinrichtung mit einer sich auf eine substratrückseite erstreckenden abschirmvorrichtung

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