EP2348495A1 - Rauchmelder mit Ultraschall-Abdecküberwachung - Google Patents
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Definitions
- Smoke detectors are used for the early detection of fires. There are various detection principles known as radioactive or optical scattered light, just to name two. Smoke detectors intended for use in commercial or industrial plants must comply with the properties and functions of, inter alia, DIN EN 54-ff.
- Smoke detectors that are to be used for houses, flats or rooms with similar use must meet other requirements than the industrial detectors according to DIN EN 54, as these smoke detectors are not part of a fire alarm system.
- the demand of the customer is a standalone smoke detector, which, in contrast to the industrial alarms, also has the alarm display function as well as an alarm that indicates the presence of a danger to the user present.
- the smoke detector which is operated as a standalone smoke detector, must have its own power supply, since it is not supplied via a mains network from the fire alarm control panel, as in industrial alarms.
- CEN / TC72 developed the European standard DIN EN 14604 "Smoke detectors" as a product standard for the residential sector at European level.
- This European standard is mandated by the European Commission and the European Free Trade Association within the framework of the EU Construction Products Directive (CPD) and forms the basis for the review of the "Smoke Detector" construction product harmonized with the CPD. If such smoke detectors have been tested in accordance with the DIN EN 14604 standard, there is a presumption that the prospective customer or user has more security with regard to the performance and safety Quality standards of so-called home smoke detectors receives.
- the DIN EN 14604 is valid since 01.08.2008.
- a transmitter diode radiates into a smoke chamber.
- Various apertures or aperture functions prevent direct light entry into a receiving diode. Are there however particles, z. As smoke particles, in the smoke chamber, then light is reflected by the particles and detected by the receiving diode. It is therefore of the utmost importance that smoke particles can enter the smoke chamber.
- the aim of the invention is therefore to provide a smoke detector, which is able to detect the environment around the smoke detector in a radius of 50 cm and at the same time determine whether a possibly detected obstacle or detected object hinders or reduces its own detection properties as far that these are no longer standard.
- a method is to be specified, as the smoke detector is to operate.
- a smoke detector for closed rooms with a mountable on the ceiling or wall of the room housing in which a separate smoke chamber with smoke inlet openings is divided in the one Measuring electronics is arranged, which generates an evaluable measurement signal upon detection of smoke particles, achieved in that on its front side at least one ultrasonic transceiver is arranged so that it can emit ultrasonic signals in a hemispherical region below the smoke detector and receive reflected ultrasonic signals.
- the invention makes use of the physical fact that sound propagates at a speed of about 330 m / s in air, so that from the period between the transmitted signal and the receiving signal directly on the distance of the reflecting object can be closed , If the distance to be detected, for example 50 cm radius, is fixed, in a preferred embodiment, for example, a time window between the transmission and reception of the ultrasound signal can be opened, within which a reflected signal must be detected. Otherwise, the object is not within the distance to be detected.
- three ultrasonic transceivers are arranged on the front side of the smoke detector at equidistant intervals, for example at an angular distance of 120 °.
- equidistant intervals for example at an angular distance of 120 °.
- the inventive method for operating a prescribed smoke detector is characterized in that cyclically, for example at intervals of one week, an ultrasonic transceiver is switched to the transmit mode in which it emits ultrasonic signals, then emits an ultrasonic signal and then all ultrasonic transceivers within a predetermined time window in be switched to the receiving mode in which they can receive ultrasonic signals that are reflected, for example, by obstacles or objects within the monitored space 17 around the smoke detector around.
- this method of operation it is provided that after each measurement cycle it is determined whether a change in a predeterminable degree has occurred as a reference value relative to the at least one preceding ultrasonic signal measurement result, and if the transmission power of the ultrasound transceivers is increased to such an extent in that the reference value is again determined on the ultrasound transceivers in the next measurement cycle. If, for example, the changes amount to a maximum of 1%, the transmission power of the ultrasound transceivers is increased to such an extent that the same value is detected at the ultrasound transceivers as in the previous measurement. Compensation may be performed until the compensated amount reaches the value set for the maximum acceptable smoke detector coverage for standard smoke detection.
- FIG. 1 shows a vertical section through a smoke detector.
- a power supply 2 and a sounder 3 is arranged.
- a measuring electronics 12, 14 from transmitting or receiving diode, etc. within the housing 1.
- the smoke chamber lower part 6 is mounted on a support plate 4.
- the reference numeral 13 denotes a diaphragm, which - as described - prevents direct light entry into the receiving diode 14.
- the ultrasonic transceivers 8 are components that both emit ultrasonic signals and can receive ultrasonic signals.
- each ultrasonic transceiver 8 is associated with a reflector 9.
- the arrows are intended to symbolize that part of the outgoing ultrasonic radiation unobstructed cover or wall away is radiated, whereas another part is deflected sideways by the reflector 9. The same applies, of course, when receiving the ultrasonic radiation.
- FIG. 2 shows the top view of the smoke detector FIG. 1 , so the smoke detector off FIG. 1 seen from above. It can clearly be seen that in the region of the outer edge of the housing cover 1, three ultrasonic transceivers 8 are arranged, each having an associated reflector 9. The three ultrasonic transceivers 8 are arranged here equidistant with an angular distance of 120 °.
- FIG. 3 illustrates the operation of the smoke detector from the Figures 1 and 2 .
- the sound waves emitted in the transmission mode by the ultrasonic transceivers propagate into a hemispherical monitoring space 17. It is clearly recognizable that the reflectors 9 serve to direct the ultrasonic radiation sideways.
- the hemispherical space 17 around the smoke detector is adequately monitored in this manner. Only an acoustic shadow and areas near the ceiling 16 can not be adequately monitored, but these are not relevant for the monitoring of the space surrounding the smoke detector. If the ultrasound beams now hit an object 11 in the monitored space 17, a partial reflection of the ultrasound radiation occurs. These reflected ultrasound beams are then received by the ultrasound transceivers 8, which are then in receive mode. The signals are evaluated by the measuring electronics.
- the radius 18 of the hemispherical monitoring area 17 is configurable.
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Abstract
Description
- Rauchmelder dienen der frühzeitigen Erkennung von Bränden. Es existieren verschiedene Detektionsprinzipien so genannte radioaktive oder optische Streulichtmelder, um nur zwei zu nennen. Rauchmelder die für den Einsatz in gewerblichen oder industriellen Anlagen vorgesehen sind, müssen den Eigenschaften und Funktionen unter anderem der DIN EN 54-ff genügen.
- Rauchmelder, die für Wohnhäuser, Wohnungen oder Räume mit wohnungsähnlicher Nutzung verwendet werden sollen, müssen teilweise andere Anforderungen erfüllen als die Industriemelder gemäß DIN EN 54, da diese Rauchmelder nicht Bestandteil einer Brandmeldeanlage sind. Der Bedarf des Kunden ist in diesem Fall ein Standalone Rauchmelder, der, im Gegensatz zu den Industriemeldern, auch über die Alarmanzeigefunktion verfügt sowie über einen Alarmgeber, der den anwesenden Nutzer auf eine Gefahr hinweist. Des Weiteren muss der Rauchmelder, der als Standalone Rauchmelder betrieben wird, über eine eigene Spannungsversorgung verfügen, da er nicht über ein Leitungsnetz von der Brandmelderzentrale, wie bei Industriemeldern, versorgt wird.
- Da in den einzelnen europäischen Ländern verschiedene Normen für Rauchmelder vorhanden waren, wurde vom CEN/TC72 auf europäischer Ebene die europäische Norm DIN EN 14604 "Rauchmelder" als Produktnorm für den Wohnbereich erarbeitet. Diese europäische Norm ist von der europäischen Kommission und der europäischen Freihandelszone im Rahmen der EU-Bauproduktenrichtlinie (BPR) mandatiert und bildet die Prüfgrundlage für das mit der BPR harmonisierte Bauprodukt "Rauchmelder". Wenn derartige Rauchmelder nach der DIN EN 14604-Norm geprüft wurden, besteht die Vermutung, dass der Interessent bzw. Anwender mehr Sicherheit bezüglich des Leistungs- und Qualitätsstandards der so genannten Heimrauchmelder erhält. Die DIN EN 14604 ist seit 01.08.2008 gültig.
- Dies bedeutet, dass nur Rauchmelder, die dieser Norm, von einem zertifizierten Prüfinstitut bestätigt, genügen, in der europäischen Freihandelszone in Verkehr gebracht werden dürfen.
- Ein Rauchmelder im privaten Bereich, wenn er denn installiert ist, wird anschließend vom privaten Nutzer nicht mehr als zu wartendes Gerät wahrgenommen. Es gibt Anwendungsnormen für solche Rauchmelder die aber dem privaten Nutzer meistens nicht bekannt sind und auch keinen Vorschriftencharakter haben, so dass zyklische Überprüfungen des Gerätes während des Betriebs in der Regel nicht vorgenommen werden.
- Untersuchungen haben ergeben, dass eine sehr hohe Prozentzahl der installierten Rauchmelder nach einiger Zeit in Betrieb oft schon nach ein paar Jahren nicht mehr vollständig funktionierten, weil durch Umgebungseinflüsse die Hauptfunktion Rauchdetektion wesentlich eingeschränkt worden ist. Häufig wurden Einrichtungsgegenstände oder zum Beispiel Lampen in der Nähe des Rauchmelders zusätzlich installiert, wobei dann durch Abschattungen oder auch durch thermische Einflüsse, wie bei den Lampen, die Detektionsfunktion des Rauchmelders drastisch verschlechtert wurde.
- Üblicherweise werden in den Bedienungsanleitungen Hinweise auf solche Arbeiten gegeben, jedoch kann man davon ausgehen, dass diese nach ein paar Jahren nicht mehr vorhanden sind oder auch schlicht ignoriert werden, da diese Rauchmelder ausschließlich im privaten Bereich Verwendung finden. Das Abschließen von Wartungsverträgen für solche Melder im privaten Bereich ist nicht standardisiert und auch nicht vorgeschrieben, so dass man von einer verschwindend geringen Anzahl derartiger Verträge ausgehen muss.
- Bekannte Rauchmelder funktionieren so: Eine Sendediode (LED) strahlt in eine Rauchkammer ab. Verschiedene Blenden oder Blendenfunktionen verhindern einen direkten Lichteintritt in eine Empfangsdiode. Befinden sich jedoch Partikel, z. B. Rauchpartikel, in der Rauchkammer, dann wird Licht von den Partikeln reflektiert und von der Empfangsdiode festgestellt. Es ist also von höchster Bedeutung, dass Rauchpartikel in die Rauchkammer gelangen können.
- In der Normungsreihe der EN 54 finden sich Hinweise für die Installation von Rauchmeldern, hier allerdings für den professionellen Bereich dahingehend, dass bei der Installation darauf zu achten ist, dass sich rund um den Melder im Abstand von 50 cm Radius keine Behinderungen oder sonstigen Gegenstände befinden dürfen. Um zu verhindern, dass dies bei den Rauchmeldern die für die private Nutzung vorgesehen sind und für die dann auch kein Wartungsvertrag abgeschlossen wird, ist eine Funktion zur Verfügung zu stellen, die die Umgebung des Rauchmelders, mindestens im Bereich von 50 cm Radius, überwacht und feststellt, ob dort nach Installation eine Änderung vorgenommen wurde. Hier ist es natürlich wichtig zu wissen, ob die Veränderung insoweit Einfluss auf das Detektionsverhalten des Rauchmelders nimmt, dass dieser nach Veränderung nicht mehr normgerecht detektieren kann.
- Ziel der Erfindung ist es deshalb, einen Rauchmelder anzugeben, der in der Lage ist, die Umgebung um den Rauchmelder in einem Radius von 50 cm zu detektieren und gleichzeitig festzustellen, ob ein ggf. detektiertes Hindernis oder detektierter Gegenstand seine eigenen Detektionseigenschaften soweit behindert oder reduziert, dass diese nicht mehr normgerecht sind. Darüberhinaus soll ein Verfahren angegeben werden, wie der Rauchmelder zu betreiben ist.
- Dieses Ziel wird mit einem Rauchmelder für geschlossene Räume mit einem an der Decke oder einer Wand des Raumes befestigbaren Gehäuse, in dem eine separate Rauchkammer mit Raucheintrittsöffnungen abgeteilt ist, in der eine Messelektronik angeordnet ist, die bei Detektion von Rauchpartikeln ein auswertbares Messsignal generiert, dadurch erreicht, dass auf seiner Vorderseite mindestens ein Ultraschalltransceiver so angeordnet ist, dass er Ultraschallsignale in einem halbkugelförmigen Bereich unterhalb des Rauchmelders abstrahlen und reflektierte Ultraschallsignale empfangen kann.
- Die Erfindung macht sich die physikalische Tatsache zu nutze, dass Schall sich mit einer Geschwindigkeit von ca. 330 m/s in Luft ausbreitet, so dass aus dem Zeitraum zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenden Signal direkt auf den Abstand des reflektierenden Objekts geschlossen werden kann. Wenn der zu erfassende Abstand, zum Beispiel 50 cm Radius, feststeht, kann in einer bevorzugten Ausführungsvariante zum Beispiel ein Zeitfenster zwischen dem Aussenden und Empfang des Ultraschallsignals geöffnet werden, innerhalb dessen ein reflektiertes Signal detektiert werden muss. Ansonsten befindet sich der Gegenstand nicht innerhalb des zu detektierenden Abstands.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass drei Ultraschalltransceiver auf der Vorderseite des Rauchmelders in äquidistanten Abständen angeordnet sind, beispielsweise in einem Winkelabstand von 120°. In der Praxis hat sich gezeigt, dass hiermit eine vorzügliche Überwachung der Umgebung des Rauchmelders möglich ist bei noch vertretbarem apparativen Aufbau.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Rauchmelders ist vorgesehen, dass jedem Ultraschalltransceiver ein Reflektor 9 zugeordnet ist, der einen Teil der von den Ultraschalltransceivern abgestrahlten Ultraschallsignale einerseits decken- bzw. wandabgewandt passieren lässt und andererseits einen Teil seitwärts ablenkt. Ein Teil der Ultraschallsignale wird also ungehindert von den Transceivern abgestrahlt, wohingegen ein anderer Anteil der Signale seitwärts abgelenkt wird. Hierdurch wird bis auf einen Schattenkegel unterhalb des Rauchmelders und deckennahe Bereiche 16 die gesamte interessierende Umgebung des Rauchmelders von der Detektion nach einem Hindernis erfasst.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines vorbeschriebenen Rauchmelders zeichnet sich dadurch aus, dass zyklisch, beispielsweise im Abstand von einer Woche, ein Ultraschalltransceiver in den Sendemodus geschaltet wird, in dem er Ultraschallsignale abstrahlt, dann ein Ultraschallsignal abgibt und daraufhin alle Ultraschalltransceiver innerhalb eines vorgebbaren Zeitfensters in den Empfangsmodus geschaltet werden, in dem sie Ultraschallsignale empfangen können, die beispielsweise von Hindernissen oder Gegenständen innerhalb des überwachten Raumes 17 um den Rauchmelder herum reflektiert werden.
- Gemäß einer Variante dieses Betriebsverfahrens ist vorgesehen, dass nach jedem Messzyklus bestimmt wird, ob sich gegenüber dem mindestens einen vorhergehenden Ultraschallsignal-Messergebnis als Referenzwert eine Änderung in vorgebbarem Maße ergeben hat, und dass bei Überschreiten der Änderung dieses Maßes die Sendeleistung der Ultraschalltransceiver soweit erhöht wird, dass im nächsten Messzyklus an den Ultraschalltransceivern wieder der Referenzwert festgestellt wird. Wenn die Änderungen also beispielsweise maximal 1% betragen, wird die Sendeleistung der Ultraschalltransceiver soweit erhöht, dass an den Ultraschalltransceivern der gleiche Wert festgestellt wird wie bei der vorangegangenen Messung. Die Kompensation kann solange durchgeführt werden, bis der kompensierte Betrag den Wert erreicht, der für die maximale akzeptable Abdeckung des Rauchmelders in Bezug auf normgerechte Raucherkennung festgelegt wurde.
- Um sehr kleine Änderungen berücksichtigen zu können, ist in einer weiteren Ausführungsvariante vorgesehen, dass nicht nur das jeweils vorhergehende Messergebnis mit dem aktuellen Messergebnis verglichen wird, sondern auch Ergebnisse von allen vorhergehenden Messungen durch Mittelung als Referenzwert dienen. Mit dieser Ausführungsvariante können auch Veränderungen einbezogen werden, die nur sehr langsam vonstattengehen.
- Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt:
- Figur 1
- einen Vertikalschnitt durch den Rauchmelder;
- Figur 2
- eine Draufsicht auf den Rauchmelder aus
Figur 1 ; und - Figur 3
- schematisch die Arbeitsweise des Rauchmelders.
-
Figur 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Rauchmelder. Innerhalb des Gehäuses 1 ist eine Spannungsversorgung 2 sowie ein Schallgeber 3 angeordnet. Weiterhin findet sich eine Messelektronik 12, 14 aus Sende- bzw. Empfangsdiode etc. innerhalb des Gehäuses 1. Das Rauchkammerunterteil 6 ist auf einer Trägerplatte 4 montiert. In der Zeichnungsfigur ist weiterhin das Rauchkammeroberteil 7 und das üblicherweise zum Schutz vor Insekten verwendete Insektengitter 5 dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 13 ist eine Blende bezeichnet, welche - wie beschrieben - einen direkten Lichteintritt in die Empfangsdiode 14 verhindert. Auf der Trägerplatte 4 befinden sich drei Ultraschalltransceiver 8. Sie sind im Bereich des Außenrandes des Gehäuses 1 angeordnet. Die Ultraschalltransceiver 8 sind Bauelemente, die sowohl Ultraschallsignale aussenden, als auch Ultraschallsignale empfangen können. - Sowohl die abgehende als auch die reflektierte ankommende Ultraschallstrahlung wird von einem Reflektor 9 geführt, wobei jedem Ultraschalltransceiver 8 ein Reflektor 9 zugeordnet ist. Die eingezeichneten Pfeile sollen symbolisieren, dass ein Teil der abgehenden Ultraschallstrahlung ungehindert decken- bzw. wandabgewandt abgestrahlt wird, wohingegen ein anderer Teil seitwärts durch den Reflektor 9 abgelenkt wird. Entsprechendes gilt dann selbstverständlich beim Empfang der Ultraschallstrahlung.
-
Figur 2 zeigt die Draufsicht auf den Rauchmelder ausFigur 1 , also den Rauchmelder ausFigur 1 von oben gesehen. Deutlich erkennbar ist, dass in dem Bereich des Außenrandes des Gehäusedeckels 1 drei Ultraschalltransceiver 8 angeordnet sind, mit jeweils einem zugeordneten Reflektor 9. Die drei Ultraschalltransceiver 8 sind vorliegend äquidistant mit einem Winkelabstand von 120° angeordnet. -
Figur 3 veranschaulicht die Arbeitsweise des Rauchmelders aus denFiguren 1 und 2 . Die im Sendebetrieb von den Ultraschalltransceivern abgegebenen Schallwellen, breiten sich in einen halbkugelförmigen Überwachungsraum 17 aus. Deutlich erkennbar ist, dass die Reflektoren 9 dazu dienen, die Ultraschallstrahlung nach seitwärts zu lenken. - Der halbkugelförmige Raum 17 um den Rauchmelder herum wird auf diese Art und Weise hinreichend überwacht. Lediglich ein Schallschatten und deckennahe Bereiche 16 können nicht ausreichend überwacht werden, die jedoch für die Überwachung des den Rauchmelder umgebenden Raumes nicht relevant sind. Treffen die Ultraschallstrahlen nun auf einen Gegenstand 11 in dem überwachten Raum 17, kommt es zu einer teilweisen Reflektion der Ultraschallstrahlung. Diese reflektierten Ultraschallstrahlen werden dann von den Ultraschalltransceivern 8, die dann im Empfangsmodus sind, empfangen. Die Signale werden durch die Messelektronik ausgewertet. Der Radius 18 des halbkugelförmigen Überwachungsbereiches 17 ist konfigurierbar.
Claims (7)
- Rauchmelder für geschlossene Räume mit einem an der Decke oder einer Wand des Raumes befestigbaren Gehäuse (1), in dem eine separate Rauchkammer (6, 7) mit Raucheintrittsöffnungen (10) abgeteilt ist, in der eine Messelektronik (12, 14) angeordnet ist, die bei Detektion von Rauchpartikeln ein auswertbares Messsignal generiert,
dadurch gekennzeichnet, dass auf seiner Vorderseite mindestens ein Ultraschalltransceiver (8) so angeordnet ist, dass er Ultraschallsignale in einen halbkugelförmigen Bereich 17 unterhalb des Rauchmeldes abstrahlen und reflektierte Ultraschallsignale empfangen kann. - Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei Ultraschalltransceiver (8) auf der Vorderseite seines Gehäuses (1) in äquidistanten Abständen angeordnet sind.
- Rauchmelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschalltransceiver (8) innerhalb seiner Außenkonturen der Vorderseite angeordnet sind.
- Rauchmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Ultraschalltransceiver (8) ein Reflektor (9) zugeordnet ist, der einen Teil der von den Ultraschalltransceivern (8) abgestrahlten Ultraschallsignale einerseits decken- bzw. wandabgewandt passieren lässt und andererseits einen Teil seitwärts ablenkt.
- Verfahren zum Betreiben eines Rauchmelders nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ultraschalltransceiver (8) in den Sendemodus, in dem er Ultraschallsignale abstrahlt, geschaltet wird, ein Ultraschallsignal abgibt und dann alle Ultraschalltransceiver (8) innerhalb eines vorgebbaren Zeitfensters in den Empfangsmodus, in dem sie Ultraschallsignale empfangen, geschaltet werden.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem Messzyklus bestimmt wird, ob sich gegenüber dem mindestens einen vorhergehenden Ultraschallsignal-Messergebnis als Referenzwert eine Änderung in vorgebbarem Maße ergeben hat, und dass bei Überschreiten der Änderung dieses Maßes die Sendeleistung der Ultraschalltransceiver so weit erhöht wird, dass an den Ultraschalltransceivern (8) der Referenzwert wieder festgestellt wird.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche vorhergehenden Messergebnisse durch Mittellung als Referenzwert dienen.
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