EP2601644A1 - Auswerten von streulichtsignalen bei einem optischen gefahrenmelder und ausgeben sowohl eines gewichteten rauchdichtesignals als auch eines gewichteten staub-/dampfdichte-signals - Google Patents

Auswerten von streulichtsignalen bei einem optischen gefahrenmelder und ausgeben sowohl eines gewichteten rauchdichtesignals als auch eines gewichteten staub-/dampfdichte-signals

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EP2601644A1
EP2601644A1 EP12775645.0A EP12775645A EP2601644A1 EP 2601644 A1 EP2601644 A1 EP 2601644A1 EP 12775645 A EP12775645 A EP 12775645A EP 2601644 A1 EP2601644 A1 EP 2601644A1
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EP
European Patent Office
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dust
density signal
scattered light
weighted
signal
Prior art date
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Application number
EP12775645.0A
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English (en)
French (fr)
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EP2601644B1 (de
Inventor
Martin Fischer
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Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2601644A1 publication Critical patent/EP2601644A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2601644B1 publication Critical patent/EP2601644B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for evaluating two scattered light signals in an operating according to the scattered light principle optical danger detector.
  • the particles to be detected are irradiated with light in a first wavelength range and with light in a second wavelength range.
  • the light scattered by the particles is converted into first and second scattered light signals.
  • the two scattered light signals are normalized to one another in such a way that their amplitude curve approximately matches that of larger particles such as dust and steam.
  • the two standardized scattered light signals can then be further evaluated for fire parameters.
  • the invention relates to an optical hazard detector with a working on the scattered light principle detection unit and with an associated electronic evaluation unit.
  • the detection unit has at least one light source for irradiating particles to be detected and at least one optical receiver for detecting the light scattered by the particles.
  • the light emitted by the at least one light source lies at least in a first wavelength range and in a second wavelength range.
  • the at least one optical receiver is designed to be sensitive to the first and / or second wavelength range as well as to the conversion of the received scattered light into a first and a second scattered light signal.
  • the evaluation unit has first means for normalizing the two scattered light signals in such a way that their amplitude characteristic for larger particles such as dust and vapor approximately coincide. It is also set up to evaluate the two standardized scattered light signals for fire parameters. Furthermore, it is generally known that particles having a size of more than 1 ⁇ are mainly dust, while particles having a size of less than 1 ⁇ are mainly smoke.
  • Such a method or such a danger detector is known from international publication WO 2008/064396 AI.
  • the publication in order to increase the sensitivity for the detection of smoke particles, it is proposed to evaluate only the second scattered light signal with blue light wavelength if the amplitude ratio corresponds to a particle size of less than 1 ⁇ m. If, on the other hand, the amplitude ratio corresponds to a particle size of more than 1 ⁇ m, then the difference is formed from the second scattered light signal with blue light wavelength and the first scattered light with infrared light wavelength.
  • US Pat. No. 7,738,098 B2 likewise discloses a method and an optical hazard detector for evaluating two scattered light signals.
  • the particles to be detected present in a fluid are irradiated with light in a first wavelength range, e.g. in the blue wavelength range, and with light in a second wavelength range, e.g. in the red or infrared range, irradiated.
  • the two wavelength range e.g. in the blue wavelength range
  • a second wavelength range e.g. in the red or infrared range
  • Scattered light signals are subsequently normalized to one another in such a way that their amplitude characteristic for larger particles, such as dust and vapor, approximately matches that of e.g. on Portland cement as Staubersatz.
  • the object of the invention is to provide an extended evaluation method of scattered light signals and an improved optical hazard detector.
  • the object of the invention is solved by the subject matters of the independent claims.
  • Advantageous method variants and embodiments of the present invention are specified in the dependent claims.
  • the two normalized scattered light signals are each transformed into a polar angle and one distance each as polar coordinates of a polar coordinate system.
  • a smoke density signal and a respective dust / vapor density signal are formed from a current distance value, for which purpose the respective current distance value, depending on a current polar angle value, is weighted in opposite directions or opposing each other.
  • the weighted smoke density signal and the weighted dust / vapor density signal for (possible) further evaluation are issued for fire parameters.
  • a basic idea of the present invention is that in addition to the output of a smoke density signal for possible further processing additionally a dust / vapor density signal for
  • This signal can e.g. Provide information on whether an impermissibly high dust density and / or (water) vapor density is present. Too high a dust density can pose a high security risk, e.g. Accelerate the spread of a fire or favor deflagrations or explosions. Likewise, too high a vapor density or a water vapor density may be indicative of a hot water leak, such as water vapor. in a heating system, be.
  • the additional dust / vapor density signal can thus advantageously provide further information, in particular in combination with the smoke density signal, with respect to a region to be monitored.
  • the ratio of the first normalized scattered light signal to the second normalized scattered light signal can not be over all
  • Tolerances can be accurately measured. On the one hand, this is due to adjustment tolerances in the production of hazard detectors, to aging components and to contamination of the optical part, which influence the scattered light detection or change. By issuing the two separate signals for smoke and dust / steam is still a very high
  • the current distance value is weighted degressively in the formation of the smoke density signal for increasing polar angle values.
  • the current distance value in particular the same current distance value, is progressively weighted in the formation of the dust / vapor density signal for increasing polar angle values. This is true in the case that the polar angle is formed from the ratio or quotient of the first to second normalized scattered light signal.
  • the actual distance value is progressively weighted in the formation of the smoke density signal for increasing polar angle values.
  • the current distance value in particular the same current distance value, is weighted in a degressive manner during the formation of the dust / vapor density signal for increasing polar angle values.
  • the reversal of the ratio or quotient formation, from which the polar angle is formed via the arctangent function, corresponds to the formation of the polar angle of the same ratio or quotient formation via the arc cusp function.
  • the polar angle values for the second case correspond to polar angle values which result from 90 ° or 71/2 minus the first polar angle values.
  • degressive weighting is meant in particular a monotonically decreasing weighting, eg on the basis of an inverse proportional function, a linear function with a negative slope, an exponential function with a negative exponent, etc.
  • progressive weighting is meant in particular a monotonically increasing weighting, eg based on a quadratic function, an exponential function, a
  • the light may e.g. come from a single light source that alternately emits infrared light and blue light in time. It can also come from two separate light sources, in particular from a blue light emitting diode and from an infrared light emitting diode. Particularly advantageous is the use of an IR light emitting diode with a wavelength at 940 nm ⁇ 20 nm and a blue light emitting diode with a
  • the predetermined particle size has a value in the range of 0.5 to 1.1 ⁇ , in particular a value of about 1 ⁇ on.
  • the amplitude comparison value is set to a value in the range from 0.8 to 0.95, in particular to a value of 0.9, or to its reciprocal value.
  • a value of 0.9 corresponds approximately to a particle size of 1 ⁇ .
  • the object of the invention is further achieved with an optical hazard detector whose electronic evaluation unit has second means for computational transformation of the two normalized scattered light signals in each case one polar angle and one distance each as polar coordinates of a polar coordinate system.
  • the electronic evaluation unit further comprises third means for determining each of a smoke density signal and a dust / vapor density signal from a current distance value, wherein the third means for this purpose the respective current distance value, depending on a current polar angle value, in opposite directions weight each other and wherein the third Mean the weighted smoke density signal and the weighted dust / vapor density signal issued for possible further evaluation towards fire parameters out.
  • the third means weight the decreasing current value in the formation of the smoke density signal for increasing polar angle values, i.e. decreasing monotonically, e.g. Inversely proportional, linear with negative slope, etc. Furthermore, the third means progressively weight the actual distance value in the formation of the dust / vapor density signal for increasing polar angle values, that is to say monotonically increasing, as e.g. quadratic, exponential, linear with positive slope, etc. This applies to the case where the second means is the polar angle of the
  • Ratio of first to second normalized scattered light signal form
  • the third means progressively weight the actual distance value in the formation of the smoke density signal for increasing polar angle values, that is to say monotonically increasing, as e.g. quadratic, exponential, linear with positive slope, etc. Furthermore, the third means weight the actual distance value in forming the dust / vapor density signal for increasing
  • the electronic evaluation unit may be an analog and / or digital electronic circuit, which may be e.g. A / D converter, amplifiers, comparators, operational amplifier for the normalization of the scattered light signals etc.
  • this evaluation unit is a microcontroller, i. a processor-based electronic processing unit, which usually "exists anyway” to the entire control of the danger detector
  • Evaluation units are preferably simulated by program steps which are executed by the microcontroller, if appropriate also using electronically stored table values, e.g. for the comparison values and signal thresholds.
  • a corresponding computer program can be stored in a non-volatile memory of the microcontroller. It can alternatively be loaded from an external memory.
  • the microcontroller may have one or more integrated A / D converters for metrological detection of the two scattered light signals. He can e.g. also have D / A converter, via which the radiation intensity of at least one of the two light sources for normalization of the two scattered light signals can be adjusted.
  • the second means may e.g. be realized as a computer program, showing the two axes of a Cartesian
  • Coordinate system that is, the first and second normalized scattered light signal, by means of a polar transformation into a polar angle and a distance convert.
  • the second means can also be implemented as a table or matrix, which are stored in a memory of the electronic evaluation unit. In this table or matrix, an assigned distance value and an associated polar angle value can be stored for each Cartesian coordinate, that is to say for each first and second scattered light signal value.
  • the third means may also be implemented as a computer program which is based on the two polar coordinates. values, ie the respective distance values and
  • Polar angle values the respective distance value via a corresponding, depending on the respective polar angle value weighting function in a smoke density signal value or in a dust / vapor density signal value converts.
  • the second and third means are stored as electronic tables or matrices in the evaluation unit, which assigns a weighted smoke density signal value and in each case a weighted dust / vapor density signal value to a current first and second normalized scattered light signal value as Cartesian coordinates.
  • the Cartesian / polar transformation and the opposite weighting of the respective distance value are already realized in the form of an assigned numerical value.
  • the detection unit has an infrared light-emitting diode with a wavelength in the first wavelength range of 600 to 1000 nm, in particular with a wavelength of 940 nm ⁇ 20 nm, and a blue light-emitting diode with a wavelength in the second wavelength range of 450 to 500 nm, in particular with a wavelength of 470 nm ⁇ 20 nm, on.
  • the predetermined particle size has a value in the range of 0.5 to 1.1 ⁇ , in particular a value of about 1 ⁇ on.
  • the electronic evaluation unit has fourth means for comparing the weighted smoke density signal with at least one smoke signal threshold and signaling means for signaling at least one fire alarm level, such as three fire alarm levels.
  • the output of the respective fire alarm level can be done by optical and / or acoustic means. It can alternatively or additionally wired and / or wireless output to a fire alarm panel.
  • the electronic evaluation unit has fifth means for comparing the weighted dust / vapor density signal with at least one dust vapor signal threshold and signaling means for signaling at least one dust / vapor warning level, such as three dust / vapor warning levels.
  • the output of the respective dust / vapor warning level can also be done optically and / or acoustically. It can alternatively or additionally wired and / or wireless output to a fire alarm center.
  • the hazard detector is a fire or smoke detector, or a Ansaugrauchmelder with an attachable pipe system for monitoring the intake air from monitoring rooms and facilities.
  • Amplitude curve of exemplary infrared and blue scattered light logarithmically plotted in ⁇ and with marked average particle size of typical smoke and
  • Hazard detector shows an example of a first matrix, by means of which normalized red and blue scattered light signal values are mapped into a weighted smoke density signal value
  • Stray light signal values are mapped into a weighted dust / vapor density signal value.
  • AEl is the average smoke particle size for burning cotton at about 0.28 ⁇
  • AE2 the smoke particle size for a burning wick at about 0.31 ⁇
  • AE3 the smoke particle size for burnt toast at approx.
  • KIR is the amplitude characteristic of the infrared scattered light signal IR with a wavelength of 940 nm and KBL the amplitude characteristic of the blue scattered light signal BL with a wavelength of 470 nm.
  • the two scattered light signals BL, IR are already normalized to each other in the illustration shown in such a way that their amplitude curve for larger particles such as dust and steam approximately matches. In the present example, the amplitude curve for a particle size of more than 3 ⁇ agrees approximately.
  • FIG. 1 shows, the blue light is scattered more on smaller particles and the infrared light more on larger particles.
  • FIG. 2 shows an exemplary flowchart already according to a variant of the method for explaining the method according to the invention.
  • the individual steps S1-S7 can be simulated by suitable program steps of a computer program and executed on a processor-based processing unit of a danger detector, such as on a microcontroller.
  • SO denotes a start step.
  • the particle size can be specified.
  • step S1 the two scattered light signals IR ', BL' are normalized to each other in such a way that their amplitude curve for larger particles such as dust and steam approximately agrees.
  • This calibration process is preferably in the context of commissioning a hazard alarm and
  • the light scattered by the particles is converted into the first and second normalized scattered light signal IR, BR and thus detected in step S2.
  • step S3 the quotient Q or the ratio between the two scattered light signals IR, BL is formed.
  • the ratio IR: BL is formed by way of example.
  • the reciprocal of the two scattered light signals BL, IR can be formed.
  • step S4 as the first part of the polar coordinate transformation, a respective polar angle value OC is computationally determined via the arctangent function from the previously determined quotient Q.
  • step S5 as the second part of the polar coordinate transformation, a respective distance value L is computationally determined via the root formation from the sum of the squares of the two scattered light signal values.
  • step S6 a smoke density signal value R is determined and output by weighting the determined distance value L by means of a first degressive weighting function fl dependent on the determined polar angle value OC.
  • step S7 a dust / vapor density signal value SD is determined and output by weighting the determined distance value L by means of a second progressive weighting function f2 which is dependent on the determined polar angle value OC.
  • Hazard detector 1 according to a first embodiment.
  • the optical hazard detector 1 is in particular a fire or smoke detector. He may be trained as a point detector. It may also be an aspirating smoke detector with a connectable pipe system for monitoring the intake air from rooms and facilities in need of monitoring. Furthermore, the hazard detector has a detection unit 2 operating according to the scattered light principle. The latter can e.g. be arranged in a closed measuring chamber with a detection space located therein DR. In this case, the fire or smoke detector 1 is a closed
  • the fire or smoke detector 1 may be a so-called open fire or smoke detector having a detection space DR outside the detection unit 2.
  • the detection unit 2 has at least one light-emitting means not further shown for irradiating particles to be detected in the detection space DR and at least one optical receiver for detecting the particles scattered by the particles Light up.
  • the detection unit preferably has an infrared light-emitting diode with a wavelength in the first wavelength range of 600 to 1000 nm, in particular with a wavelength of 940 nm ⁇ 20 nm, and a blue light-emitting diode with a wavelength in the second wavelength range of 450 to 500 nm, in particular with one Wavelength of 470 nm ⁇ 20 nm as a light source.
  • the detection unit 2 has at least one optical receiver, which is sensitive to the first and / or second wavelength range and which is designed to convert the received scattered light into a first and second (unnormalized) scattered light signal BL ', IR'.
  • an optical receiver is a photodiode or a phototransistor.
  • the two scattered light signals BL ', IR' can also be formed with a time offset by a single optical receiver sensitive to both wavelength ranges.
  • the particles are irradiated alternately, preferably with the blue light and infrared light, and synchronized therewith, the first and second scattered light signals BL ', IR' are formed.
  • the danger detector 1 has an evaluation unit connected to the detection unit 2 in terms of signal or data technology and having a plurality of electronic means.
  • the first means 3 is provided for normalizing the two (unnormalized) scattered light signals IR ', BL' to one another, so that their
  • This first means 3 may e.g.
  • adjustable amplifiers or attenuators to normalize the signal levels of the two scattered light signals IR ', BL' to each other. It can also provide one or two output signals LED to adjust the respective light intensity of the two bulbs in the detection unit 2 so that the amplitude curve of the two scattered light signals IR ', BL' for larger particles such as dust and steam again approximately coincide. With IR, BL the two normalized scattered light signals are finally designated.
  • the evaluation unit also has second means 4 for
  • Polar coordinate transformation of each of a first and second normalized scattered light signal value IR, BL into a distance and polar angle value L, oc to be output can, for example, be based on mathematical functions implemented in software.
  • the respective opposite weighting of the respectively output distance value L takes place by means of a first and second weighting function, which is dependent on the currently determined polar angle value OC.
  • a processor-based processing unit such as a processor.
  • a microcontroller realized by a microcontroller.
  • the latter preferably has integrated A / D converters for detecting the two scattered light signals IR ', BL' as well as D / A converters and / or digital output ports for the output of the smoke density signal R and the dust / vapor density signal SD.
  • the means of the evaluation unit are preferably simulated by suitable program steps, which are then executed on the microcontroller.
  • the matrix shown is e.g. an electronically stored in a memory of the evaluation unit table.
  • the values shown assume a numerical range from 0 to 252, for example. They can therefore be represented by a data byte in the table.
  • the two normalized first and second scattered light signals and the two normalized red and blue signals IR, BL are also each normalized to a maximum value of 100%.
  • radiative lines originating from the origin can be recognized, which divide the matrix into, for example, five triangles, each of which has one
  • Smoke density level or a smoke density level are assigned.
  • the lines emanating from the origin can also be called
  • Smoke signal thresholds are considered. Smoke density levels with high numerical values, such as the lower right triangle with values from 26 to 246, correspond to a highest smoke level. 5 density level five, which is typically equivalent to a fire alarm. The upper left triangle has only numerical values of 0. This corresponds to the lowest smoke density level, ie with "no small smoke particles detected" or "OK". Intermediate levels of smoke density correspond with corresponding early or early warning levels.
  • the two red and blue signals IR, BL are mapped into a polar coordinate L, ⁇ represented as a vector.
  • L polar coordinate
  • ⁇ represented as a vector.
  • Smoke density signal values increase with increasing distance L.
  • the values in the direction of rotation of ⁇ decrease with increasing value of ⁇ . This corresponds to the weighting here.
  • the values are the same for the same vector length or for the same distance value L, which corresponds approximately to the same number of particles detected, the smaller the polar angle OC or the more "blue" light and consequently, respectively more small smoke particles have been detected.
  • FIG. 5 shows an example of a second matrix, by means of which normalized red and blue scattered light signal values are mapped into a weighted dust / vapor density signal value.
  • Lines can be seen which divide the matrix into, by way of example, five triangles which are each associated with a dust / vapor density level or a dust / vapor density level.
  • the outgoing lines can also be called
  • Dust / vapor signal thresholds are considered. Dust / vapor densities with high numerical values, such as the left upper triangle with values of 53 to 252 correspond to a highest dust / vapor density level five, which is typically equated with a dust / vapor warning. The lower right
  • the two red and blue signals IR, BL are mapped into a polar coordinate L, ⁇ represented as a vector.
  • the numerical values or the dust / vapor density signal values increase with increasing distance L.
  • the values in the direction of rotation of ⁇ increase with increasing value of ⁇ . This corresponds to the progressive weighting here.
  • the values are the same for the same vector length or for the same distance value L, which corresponds approximately to the same number of particles detected, the greater the polar angle ⁇ or the more "red" light and consequently the more large dust / vapor particles have been detected.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung zweier Streulichtsignale (IR, BL) bei einem nach dem Streulichtprinzip arbeitenden optischen Gefahrenmelder (1). Es werden die zu detektierenden Partikel mit Licht in einem ersten und zweiten Wellenlängenbereich bestrahlt. Es wird das von den Partikeln gestreute Licht in ein erstes und zweites unnormiertes Streulichtsignal (IR', BL' ) umgewandelt. Es werden die beiden Streulichtsignale (IR', BL' ) derart zueinander normiert, dass deren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt. Weiterhin werden die beiden normierten Streulichtsignale (IR, BL) in je einen Polarwinkel und je einen Abstand als Polarkoordinaten eines Polarkoordinatensystems transformiert. Schliesslich werden je ein Rauchdichtesignal (R) und je ein Staub-/Dampfdichte-Signal (SD) aus einem aktuellen Abstandswert (L) gebildet, wobei hierzu der jeweilige aktuelle Abstandswert (L), abhängig von einem aktuellen Polarwinkelwert (α), gegenläufig zueinander gewichtet wird. Schliesslich werden das gewichtete Rauchdichtesignal (R) und das gewichtete Staub-/Dampfdichte Signal (SD) zur möglichen weiteren Auswertung auf Brandkenngrössen hin ausgegeben. Die Erfindung betrifft ferner einen korrespondierenden optischen Gefahrenmelder.

Description

Beschreibung
Auswerten von Streulichtsignalen bei einem optischen Gefahrenmelder und Ausgeben sowohl eines gewichteten Rauchdichte- signals als auch eines gewichteten Staub-/Dampfdichte-Signals
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung zweier Streulichtsignale bei einem nach dem Streulichtprinzip arbeitenden optischen Gefahrenmelder. Die zu detektierenden Parti- kel werden mit Licht in einem ersten Wellenlängenbereich und mit Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich bestrahlt. Das von den Partikeln gestreute Licht wird in ein erstes und zweites Streulichtsignal umgewandelt. Es werden die beiden Streulichtsignale in der Weise zueinander normiert, dass de- ren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt. Die beiden normierten Streulichtsignale können dann auf Brandkenngrössen hin weiter ausgewertet werden. Weiterhin betrifft die Erfindung einen optischen Gefahrenmelder mit einer nach dem Streulichtprinzip arbeitenden Detekti- onseinheit und mit einer damit verbundenen elektronischen Auswerteeinheit. Die Detektionseinheit weist zumindest ein Leuchtmittel zum Bestrahlen von zu detektierenden Partikeln und zumindest einen optischen Empfänger zur Detektion des von den Partikeln gestreuten Lichts auf . Das von dem zumindest einen Leuchtmittel ausgesandte Licht liegt zumindest in einem ersten Wellenlängenbereich und in einem zweiten Wellenlängenbereich. Der zumindest ein optischer Empfänger ist sensitiv für den ersten und/oder zweiten Wellenlängenbereich sowie zur Umwandlung des empfangenen gestreuten Lichts in ein erstes und zweites Streulichtsignal ausgebildet. Die Auswerteeinheit weist erste Mittel zur Normierung der beiden Streulichtsignale derart auf, dass deren Amplitudenverlauf für grössere Par- tikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt. Sie ist zudem dazu eingerichtet, die beiden normierten Streulichtsignale auf Brandkenngrössen hin auszuwerten. Weiterhin ist allgemein bekannt, dass es sich bei Partikeln mit einer Grösse von mehr als 1 μπι hauptsächlich um Staub handelt, während es sich bei Partikeln mit einer Grösse von weniger als 1 μπι hauptsächlich um Rauch handelt.
Ein derartiges Verfahren bzw. ein derartiger Gefahrenmelder ist aus der internationalen Veröffentlichung WO 2008/064396 AI bekannt. In der Veröffentlichung wird zur Steigerung der Empfindlichkeit für die Detektion von Rauchpartikel vorge- schlagen, nur das zweite Streulichtsignal mit blauer Lichtwellenlänge auszuwerten, wenn das Amplitudenverhältnis einer Partikelgrösse von weniger als 1 μπι entspricht. Entspricht dagegen das Amplitudenverhältnis einer Partikelgrösse von mehr als 1 μπι, so wird die Differenz aus dem zweiten Streu- lichtsignal mit blauer Lichtwellenlänge und dem ersten Streulicht mit infraroter Lichtwellenlänge gebildet. Durch die Differenzbildung wird der Einfluss von Staub unterdrückt und somit die Auslösung eines Fehlalarms für das Vorliegen eines Brandes weitgehend unterdrückt.
Aus dem US-Patent 7,738,098 B2 sind gleichfalls ein Verfahren sowie ein optischer Gefahrenmelder zur Auswertung zweier Streulichtsignale bekannt. Die zu detektierenden, in einem Fluid vorhandenen Partikel werden mit Licht in einem ersten Wellenlängenbereich, wie z.B. im blauen Wellenlängenbereich, und mit Licht in einem zweiten Längenwellenbereich, wie z.B. im roten oder infraroten Bereich, bestrahlt. Die beiden
Streulichtsignale werden nachfolgend derart zueinander normiert, dass deren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt, wie z.B. auf Portland Zement als Staubersatz .
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein erweitertes Auswerteverfahren von Streu- lichtsignalen sowie einen verbesserten optischen Gefahrenmelder anzugeben. Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Verfahrensvarianten und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden zudem die beiden normierten Streulichtsignale in je einen Polarwinkel und je einen Abstand als Polarkoordinaten eines Polarkoordinaten- Systems transformiert. Es werden, je ein Rauchdichtesignal und je ein Staub-/Dampfdichte-Signal aus einem aktuellen Abstandswert gebildet, wobei hierzu der jeweilige aktuelle Abstandswert , abhängig von einem aktuellen Polarwinkelwert, gegenläufig bzw. gegensätzlich zueinander gewichtet wird. Schliesslich werden das gewichtete Rauchdichtesignal und das gewichtete Staub-/Dampfdichte-Signal zur (möglichen) weiteren Auswertung auf Brandkenngrössen hin ausgegeben.
Eine Grundidee der vorliegenden Erfindung ist, dass neben der Ausgabe eines Rauchdichtesignals zur möglichen Weiterverarbeitung zusätzlich ein Staub-/Dampfdichte-Signal zur
möglichen Weiterverarbeitung ausgegeben wird. Dieses Signal kann z.B. Aufschluss darüber geben, ob eine unzulässig hohe Staubdichte und/oder (Wasser- ) Dampfdichte vorliegt. Eine zu hohe Staubdichte kann ein hohes Sicherheitsrisiko darstellen und z.B. die Ausbreitung eines Brandes beschleunigen oder Verpuffungen bzw. Explosionen begünstigen. Gleichfalls kann eine zu hohe Dampfdichte oder Wasserdampfdichte ein Hinweis auf ein Heisswasserleck, wie z.B. bei einer Heizungsanlage, sein. Das zusätzliche Staub-/Dampfdichte-Signal kann somit vorteilhaft weitere Informationen, insbesondere in Kombination mit dem Rauchdichtesignal, bezüglich eines zu überwachenden Bereichs liefern. Durch die Ausgabe zweier getrennter Signale für das Vorhandensein von Rauch und für das Vorhandensein von Staub bzw. Dampf ist eine separate Weiterverarbeitung möglich, ohne eines der beiden Signale unterdrücken zu müssen. Andererseits kann das Verhältnis des ersten normierten Streulichtsignals zum zweiten normierten Streulichtsignal nicht über alle
Toleranzen hinweg genau gemessen werden. Dies liegt zum einen an Abgleichstoleranzen bei der Herstellung von Gefahrenmeldern, an alternden Bauelementen sowie an Verschmutzung des optischen Teils, welche die Streulichterfassung beeinflussen bzw. verändern. Durch die Ausgabe der zwei separaten Signale für Rauch und Staub/Dampf ist weiterhin eine sehr hohe
Empfindlichkeit für die Rauchdetektion und zugleich eine niedrige Empfindlichkeit für das Vorhandensein von Staub bzw. Dampf möglich, wobei letztere nicht völlig unterdrückt wird.
Nach einer ersten Verfahrensvariante wird der aktuelle Abstandswert bei der Bildung des Rauchdichtesignals für zunehmende Polarwinkelwerte degressiv gewichtet. Es wird der aktuelle Abstandswert, insbesondere derselbe aktuelle Abstandswert, bei der Bildung des Staub-/Dampfdichte-Signals für zunehmende Polarwinkelwerte progressiv gewichtet. Dies trifft für den Fall zu, dass der Polarwinkel aus dem Verhältnis bzw. dem Quotienten von erstem zu zweitem normierten Streulichtsignal gebildet wird.
Alternativ, für den umgekehrten Fall, dass der Polarwinkel aus dem Verhältnis bzw. dem Quotienten von zweitem zu erstem normierten Streulichtsignal gebildet wird, wird der aktuelle Abstandswert bei der Bildung des Rauchdichtesignals für zunehmende Polarwinkelwerte progressiv gewichtet. Es wird der aktuelle Abstandswert, insbesondere derselbe aktuelle Abstandswert, bei der Bildung des Staub-/Dampfdichte-Signals für zunehmende Polarwinkelwerte degressiv gewichtet.
Die Umkehrung der Verhältnis- bzw. Quotientenbildung, aus dem über die Arcustangensfunktion der Polarwinkel gebildet wird, entspricht hierbei der Bildung des Polarwinkels derselben Verhältnis- bzw. Quotientenbildung über die Arcuscotangens- funktion. Die Polarwinkelwerte für den zweiten Fall entsprechen dabei Polarwinkelwerten, die sich aus 90° bzw. 71/2 minus den ersten Polarwinkelwerten ergeben.
Mit degressiver Gewichtung ist insbesondere eine monoton ab- nehmende Gewichtung gemeint, z.B. auf Basis einer umgekehrt proportionalen Funktion, einer linearen Funktion mit negativer Steigung, einer Exponentialfunktion mit negativem Exponenten etc . Mit progressiver Gewichtung ist insbesondere eine monoton zunehmende Gewichtung gemeint, z.B. auf Basis einer quadratischen Funktion, einer Exponentialfunktion, einer
linearen Funktion mit positiver Steigung etc.
Nach einer Verfahrensvariante werden die Partikel mit
infrarotem Licht einer Wellenlänge von 600 bis 1000 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 940 nm ± 20 nm, und mit blauem Licht einer Wellenlänge von 450 bis 500 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 470 nm ± 20 nm, bestrahlt. Das Licht kann z.B. von einer einzigen Lichtquelle stammen, die zeitlich abwechselnd infrarotes Licht und blaues Licht aussendet. Es kann auch von zwei separaten Lichtquellen stammen, insbesondere von einer blauen Leuchtdiode und von einer Infrarot-Leuchtdiode. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung einer IR-Leuchtdiode mit einer Wellenlänge bei 940 nm ± 20 nm sowie einer blauen Leuchtdiode mit einer
Wellenlänge 470 nm ± 20 nm. Dadurch ist ein robustes Auswerten des empfangenen roten und blauen Lichts möglich. Auch unter der Annahme, dass Umwelteinflüsse und Bauteil-/Abgleichtoleranzen das Ansprechverhalten verändern, kommt es hierbei nicht zu einer kompletten Unterdrückung eines der beiden roten oder blauen Streulicht- Signale. Mit anderen Worten wird die Empfindlichkeit des
Gefahrenmelders durch die degressive Gewichtung mit steigendem Rotanteil kleiner, jedoch bleibt immer eine gewisse Restempfindlichkeit erhalten. Der Gefahrenmelder wird folglich bei hohen Aerosolkonzentrationen immer „in Alarm gehen", wenn auch mit sehr verminderter Empfindlichkeit bei Staub.
Vorzugsweise weist die vorgebbare Partikelgrösse einen Wert im Bereich von 0.5 bis 1.1 μπι, insbesondere einen Wert von etwa 1 μπι auf. Nach einer weiteren Verfahrensvariante wird der Amplitudenvergleichswert auf einen Wert im Bereich von 0.8 bis 0.95, insbesondere auf einen Wert von 0.9, bzw. auf dessen Kehrwert festgelegt wird. Ein Wert von 0.9 entspricht dabei in etwa einer Partikelgrösse von 1 μπι. Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einem optischen Gefahrenmelder gelöst, dessen elektronische Auswerteeinheit zweite Mittel zur rechnerischen Transformation der beiden normierten Streulichtsignale in je einen Polarwinkel und je einen Abstand als Polarkoordinaten eines Polarkoordinatensystems aufweist. Die elektronische Auswerteeinheit weist ferner dritte Mittel zur Ermittlung je eines Rauchdichtesignals und je eines Staub-/Dampfdichte-Signals aus einem aktuellen Abstandswert auf, wobei die dritten Mittel hierzu den jeweiligen aktuellen Abstandswert, abhängig von einem aktuellen Polarwinkelwert, gegenläufig zueinander gewichten und wobei die dritten Mittel das gewichtete Rauchdichtesignal und das gewichtete Staub-/Dampfdichte-Signal zur möglichen weiteren Auswertung auf Brandkenngrössen hin ausgegeben.
Nach einer Ausführungsform gewichten die dritten Mittel den aktuellen Abstandswert bei der Bildung des Rauchdichtesignals für zunehmende Polarwinkelwerte degressiv, das heisst monoton abnehmend, wie z.B. umgekehrt proportional, linear mit nega- tiver Steigung etc.. Weiterhin gewichten die dritten Mittel den aktuellen Abstandswert bei der Bildung des Staub-/Dampf- dichte-Signals für zunehmende Polarwinkelwerte progressiv, dass heisst monoton zunehmend, wie z.B. quadratisch, expo- nentiell, linear mit positiver Steigung etc. Dies gilt für den Fall, dass die zweiten Mittel den Polarwinkel aus dem
Verhältnis von erstem zu zweitem normierten Streulichtsignal bilden .
Nach einer dazu alternativen Ausführungsform gewichten die dritten Mittel den aktuellen Abstandswert bei der Bildung des Rauchdichtesignals für zunehmende Polarwinkelwerte progressiv, dass heisst monoton zunehmend, wie z.B. quadratisch, exponentiell , linear mit positiver Steigung etc. Weiterhin gewichten die dritten Mittel den aktuellen Abstandswert bei der Bildung des Staub-/Dampfdichte-Signals für zunehmende
Polarwinkelwerte degressiv, das heisst monoton abnehmend, wie z.B. umgekehrt proportional, linear mit negativer Steigung etc.. Dies gilt für den anderen Fall, dass die zweiten Mittel den Polarwinkel aus dem Verhältnis von zweitem zu erstem normierten Streulichtsignal bilden.
Die elektronische Auswerteeinheit kann eine analoge und/oder digitale elektronische Schaltung sein, welche z.B. A/D-Um- setzer, Verstärker, Komparatoren, Operationsverstärker für die Normierung der Streulichtsignale etc. aufweist. Im einfachsten Fall ist diese Auswerteeinheit ein MikroController , d.h. eine prozessorgestützte elektronische Verarbeitungs- einheit, welcher üblicherweise „sowieso" zur gesamten Steuerung des Gefahrenmelders vorhanden ist. Die Mittel der
Auswerteeinheit werden vorzugsweise durch Programmschritte nachgebildet, die vom MikroController ausgeführt werden, gegebenenfalls auch unter Heranziehung elektronisch hinter- legter Tabellenwerte z.B. für die Vergleichswerte und Signalschwellen. Ein entsprechendes Computerprogramm kann in einem nichtflüchtigen Speicher des MikroControllers hinterlegt sein. Es kann alternativ von einem externen Speicher geladen werden. Weiterhin kann der MikroController einen oder mehrere integrierte A/D-Umsetzer zur messtechnischen Erfassung der beiden Streulichtsignale aufweisen. Er kann z.B. auch D/AUmsetzer aufweisen, über welche die Strahlungsintensität zumindest einer der beiden Lichtquellen zur Normierung der beiden Streulichtsignale eingestellt werden kann.
Die zweiten Mittel können z.B. als Computerprogramm realisiert sein, welche die beiden Achsen eines kartesischen
Koordinatensystems, das heisst das erste und zweite normierte Streulichtsignal, mittels einer Polartransformation in einen Polarwinkel und einen Abstand umrechnen. Die zweiten Mittel können auch als Tabelle oder Matrix realisiert sein, welche in einem Speicher der elektronischen Auswerteeinheit hinterlegt sind. In dieser Tabelle bzw. Matrix können für jede kartesische Koordinate, das heisst für jeden ersten und zweiten Streulichtsignalwert, ein zugeordneter Abstandswert und ein zugeordneter Polarwinkelwert hinterlegt sein.
Die dritten Mittel können gleichfalls als Computerprogramm realisiert sein, welche auf Basis der beiden Polarkoordi- natenwerte, das heisst der jeweiligen Abstandswerte und
Polarwinkelwerte, den jeweiligen Abstandwert über eine entsprechende, vom jeweiligen Polarwinkelwert abhängige Gewichtungsfunktion in einen Rauchdichtesignalwert oder in einen Staub- /Dampfdichte-Signalwert umsetzt.
Vorzugsweise sind die zweiten und dritten Mittel als elektronische Tabellen oder Matrizen in der Auswerteeinheit hinterlegt, welche einem aktuellen ersten und zweiten normierten Streulichtsignalwert als kartesische Koordinaten jeweils einen gewichteten Rauchdichtesignalwert und jeweils einen gewichteten Staub-/Dampfdichte-Signalwert zuordnet. In diesen Tabellen sind sowohl die kartesisch/polare Transformation sowie die gegenläufige Gewichtung des jeweiligen Abstandswertes bereits in Form eines zugeordneten Zahlenwertes bereits realisiert.
Nach einer Ausführungsform weist die Detektionseinheit eine Infrarot-Leuchtdiode mit einer Wellenlänge im ersten Wellenlängenbereich von 600 bis 1000 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 940 nm ± 20 nm, und eine blaue Leuchtdiode mit einer Wellenlänge im zweiten Wellenlängenbereich von 450 bis 500 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 470 nm ± 20 nm, auf . Vorzugsweise weist die vorgebbare Partikelgrösse einen Wert im Bereich von 0.5 bis 1.1 μπι, insbesondere einen Wert von etwa 1 μπι auf .
Einer weiteren Ausführungsform zufolge weist die elektro- nische Auswerteeinheit vierte Mittel zum Vergleichen des gewichteten Rauchdichtesignals mit zumindest einer Rauchsignalschwelle sowie Signalisierungsmittel zum Signalisieren zumindest einer Brandalarmstufe auf, wie z.B. drei Brandalarmstufen. Die Ausgabe der jeweiligen Brandalarmstufe kann auf optischem und/oder akustischem Wege erfolgen. Sie kann alternativ oder zusätzlich drahtgebunden und/oder drahtlos an eine Brandmeldezentrale ausgegeben werden. Einer weiteren Ausführungsform zufolge weist die elektronische Auswerteeinheit fünfte Mittel zum Vergleichen des gewichteten Staub-/Dampfdichte-Signals mit zumindest einer Staubdampfsignalschwelle sowie Signalisierungsmittel zum Signalisieren zumindest einer Staub-/Dampf-Warnstufe auf, wie z.B. drei Staub-/Dampf-Warnstufen . Die Ausgabe der jeweiligen Staub-/Dampf-Warnstufe kann gleichfalls auf optischem und/ oder akustischem Wege erfolgen. Sie kann alternativ oder zusätzlich drahtgebunden und/oder drahtlos an eine Brandmelde- zentrale ausgegeben werden.
Weiterhin vorzugsweise ist der Gefahrenmelder ein Brand- oder Rauchmelder, oder ein Ansaugrauchmelder mit einem daran anschliessbaren Rohrsystem zur Überwachung der angesaugten Luft aus überwachungsbedürftigen Räumen und Einrichtungen.
Die Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Verfahrensvarianten und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 jeweils den relativen Signalpegel eines
Amplitudenverlaufs von beispielhaft infrarotem und blauem Streulicht, logarithmisch aufgetragen in μπι und mit eingezeichneter durchschnittlicher Partikelgrösse von typischen Rauch- und
Staubpartikeln,
FIG 2 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm gemäss einer
Verfahrensvariante zur Erläuterung des
erfindungsgemässen Verfahrens ,
FIG 3 ein Funktionsprinzip eines erfindungsgemässen
Gefahrenmelders gemäss einer Ausführungsform und FIG 4 ein Beispiel für eine erste Matrix, mittels welcher normierte rote und blaue Streulichtsignalwerte in einen gewichteten Rauchdichtesignalwert abgebildet werden, und
FIG 5 ein Beispiel für eine zweite Matrix, mittels
welcher normierte rote und blaue
Streulichtsignalwerte in einen gewichteten Staub/Dampf-Dichtesignalwert abgebildet werden.
FIG 1 zeigt jeweils den relativen Signalpegel BL, IR eines Amplitudenverlaufs KIR, KBL von beispielhaft infrarotem und blauem Streulicht, logarithmisch aufgetragen in μπι und mit eingezeichneten durchschnittlichen Partikelgrössen für bei- spielhafte Rauch- und Staubpartikel AE1-AE4 (Aerosole) .
Mit AEl ist die durchschnittliche Rauchpartikelgrösse für brennende Baumwolle bei ca. 0.28 μπι, mit AE2 die Rauchpartikelgrösse für einen brennenden Docht bei ca. 0.31 μπι, mit AE3 die Rauchpartikelgrösse für verbrannten Toast bei ca.
0.42 μπι und mit AE3 die durchschnittliche Staubpartikelgrösse für Portland-Zement bei ca. 3.2 μπι eingetragen. Eingetragen ist weiterhin eine gestrichelte Linie bei 1 μπι, welche eine empirische Grenze zwischen Rauch und Staub/Dampf für typisch zu erwartende Partikel darstellt. Sie kann - je nach zu überwachender Umgebung - auch im Bereich von 0.5 bis 1.1 μπι festgelegt werden.
Mit KIR ist der Amplitudenverlauf des infraroten Streulicht- Signals IR mit einer Wellenlänge von 940 nm und mit KBL die Amplitudenverlauf des blauen Streulichtsignals BL mit einer Wellenlänge von 470 nm bezeichnet. Die beiden Streulichtsignale BL, IR sind in der gezeigten Darstellung bereits in der Weise zueinander normiert, dass deren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt. Im vorliegenden Beispiel stimmt der Amplitudenverlauf für eine Partikelgrösse von mehr als 3 μπι in etwa überein. Wie die FIG 1 zeigt, wird das blaue Licht mehr an kleineren Partikeln und das infrarote Licht mehr an grösseren Partikeln gestreut . FIG 2 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm bereits gemäss einer Verfahrensvariante zur Erläuterung des erfindungs- gemässen Verfahrens. Die einzelnen Schritte S1-S7 können durch geeignete Programmschritte eines Computerprogramms nachgebildet werden und auf einer prozessorgestützten Verar- beitungseinheit eines Gefahrenmelders, wie z.B. auf einem MikroController, ausgeführt werden.
Mit SO ist ein Startschritt bezeichnet. In diesem Initialisierungsschritt kann z.B. die Partikelgrösse vorgegeben werden.
Im Schritt Sl werden die beiden Streulichtsignale IR' , BL' in der Weise zueinander normiert, dass deren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa überein- stimmt. Dieser Kalibrierungsprozess wird vorzugsweise im Rahmen der Inbetriebnahme eines Gefahrenmelders und
gegebenenfalls später zyklisch wiederholt.
Im typischerweise normalen Betrieb des Gefahrenmelders wird im Schritt S2 das von den Partikeln gestreute Licht in das erste und zweite normierte Streulichtsignal IR, BR umgewandelt und somit erfasst.
Im Schritt S3 wird der Quotient Q bzw. das Verhältnis zwischen den beiden Streulichtsignalen IR, BL gebildet. Im vorliegenden Fall wird beispielhaft das Verhältnis IR:BL gebildet. Alternativ kann auch der Kehrwert der beiden Streulichtsignale BL, IR gebildet werden. Im Schritt S4 wird als erster Teil der Polarkoordinaten- transformation ein jeweiliger Polarwinkelwert OC über die Arcustangensfunktion aus dem zuvor ermittelten Quotienten Q rechnerisch ermittelt. Im Schritt S5 wird als zweiter Teil der Polarkoordinaten- transformation ein jeweiliger Abstandswert L über die Wurzelbildung aus der Summe der Quadrate der beiden Streulichtsignalwerte rechnerisch ermittelt.
Im Schritt S6 wird ein Rauchdichtesignalwert R ermittelt und ausgegeben, indem der ermittelte Abstandswert L mittels einer ersten, vom ermittelten Polarwinkelwert OC abhängigen degressiven Gewichtungsfunktion fl gewichtet wird.
Im Schritt S7 wird ein Staub/Dampf-Dichtesignalwert SD ermittelt und ausgegeben, indem der ermittelte Abstandswert L mittels einer zweiten, vom ermittelten Polarwinkelwert OC abhängigen progressiven Gewichtungsfunktion f2 gewichtet wird.
Im Anschluss erfolgt die Rückverzweigung zum Schritt S2.
FIG 3 zeigt ein Beispiel für einen erfindungsgemässen
Gefahrenmelder 1 gemäss einer ersten Aus führungs form .
Der optische Gefahrenmelder 1 ist insbesondere ein Brandoder Rauchmelder. Er kann als Punktmelder ausgebildet sein. Er kann weiterhin ein Ansaugrauchmelder mit einem daran anschliessbaren Rohrsystem zur Überwachung der angesaugten Luft aus überwachungsbedürftigen Räumen und Einrichtungen sein. Weiterhin weist der Gefahrenmelder eine nach dem Streulichtprinzip arbeitenden Detektionseinheit 2 auf. Letztere kann z.B. in einer geschlossenen Messkammer mit einem darin befindlichen Detektionsraum DR angeordnet sein. In diesem Fall ist der Brand- oder Rauchmelder 1 ein geschlossener
Brand- oder Rauchmelder. Alternativ oder zusätzlich kann der Brand- oder Rauchmelder 1 ein sogenannter offener Brand- oder Rauchmelder sein, der einen ausserhalb der Detektionseinheit 2 liegenden Detektionsraum DR aufweist.
Die Detektionseinheit 2 weist zumindest ein nicht weiter dargestelltes Leuchtmittel zum Bestrahlen von zu detektierenden Partikeln im Detektionsraum DR sowie zumindest einen optischen Empfänger zur Detektion des von den Partikeln gestreuten Lichts auf. Vorzugsweise weist die Detektionseinheit eine Infrarot-Leuchtdiode mit einer Wellenlänge im ersten Wellenlängenbereich von 600 bis 1000 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 940 nm ± 20 nm, und eine blaue Leuchtdiode mit einer Wellenlänge im zweiten Wellenlängenbereich von 450 bis 500 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 470 nm ± 20 nm als Leuchtmittel auf. Weiterhin weist die Detektionseinheit 2 zumindest einen optischen Empfänger auf, der sensitiv für den ersten und/oder zweiten Wellenlängenbereich ist und der dazu ausgebildet ist, das empfangene Streulicht in ein erstes und zweites (unnormiertes ) Streulichtsignal BL', IR' umzuwandeln. Vorzugsweise ist ein solcher optischer Empfänger eine Photodiode oder ein Phototransistor. Die beiden Streulichtsignale BL', IR' können auch zeitversetzt durch ei- nen einzigen für beiden Wellenlängenbereiche sensitiven optischen Empfänger gebildet werden. In diesem Fall werden die Partikel alternierend vorzugsweise mit dem blauen Licht und infrarotem Licht bestrahlt und synchronisiert dazu das erste und zweite Streulichtsignal BL', IR' gebildet.
Weiterhin weist der Gefahrenmelder 1 eine mit der Detektionseinheit 2 signal- oder datentechnisch verbundene Auswerteeinheit mit mehreren elektronischen Mitteln auf. Das erste Mittel 3 ist zur Normierung der beiden (unnormierten) Streu- lichtsignale IR' , BL' zueinander vorgesehen, sodass deren
Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt. Dieses erste Mittel 3 kann z.B.
einstellbare Verstärker oder Dämpfungsglieder aufweisen, um die Signalpegel der beiden Streulichtsignale IR' , BL' zueinander zu normieren. Es kann auch ein oder zwei Ausgangssignale LED bereitstellen, um die jeweilige Lichtintensität der beiden Leuchtmittel in der Detektionseinheit 2 so einzustellen, dass der Amplitudenverlauf der beiden Streulichtsignale IR' , BL' für grössere Partikel wie Staub und Dampf wieder in etwa übereinstimmt. Mit IR, BL sind letztendlich die beiden normierten Streulichtsignale bezeichnet.
Die Auswerteeinheit weist weiterhin zweite Mittel 4 zur
Polarkoordinatentransformation jeweils eines ersten und zweiten normierten Streulichtsignalwertes IR, BL in einen auszugebenden Abstands- und Polarwinkelwert L, oc. Die Transformation kann z.B. auf Basis mathematischer, in Software realisierter Funktionen erfolgen.
Im rechten Teil der FIG 3 erfolgt die jeweilige gegenläufige Gewichtung des jeweils ausgegebenen Abstandswertes L mittels einer ersten und zweiten, jeweils vom aktuell ermittelten Polarwinkelwert OC abhängigen Gewichtungsfunktion .
Vorzugsweise werden sämtliche Komponenten der in FIG 3 gezeigten Auswerteinheit durch eine prozessorgestützte Verarbeitungseinheit, wie z.B. durch einen MikroController, realisiert. Letzterer weist vorzugsweise integrierte A/D- Umsetzer zur Erfassung der beiden Streulichtsignale IR' , BL' sowie D/A-Umsetzer und/oder digitale Ausgangsports für die Ausgabe des Rauchdichtesignals R und des Staub/Dampfdichte- Signals SD auf. Die Mittel der Auswerteeinheit werden vorzugsweise durch geeignete Programmschritte nachgebildet, die dann auf dem Mikrocontroller ausgeführt werden.
FIG 4 zeigt ein Beispiel für eine erste Matrix, mittels der normierte rote und blaue Streulichtsignalwerte in einen gewichteten Rauchdichtesignalwert abgebildet werden. Die gezeigte Matrix ist z.B. eine elektronisch in einem Speicher der Auswerteeinheit hinterlegte Tabelle. Die dargestellten Werte nehmen beispielhaft einen Zahlenbereich von 0 bis 252 ein. Sie können folglich durch ein Datenbyte in der Tabelle abgebildet werden. Die beiden normierten ersten und zweiten Streulichtsignale bzw. die beiden normierten Rot- und Blausignale IR, BL sind zudem jeweils auf einen Maximalwert von 100% normiert. Zudem sind beispielhaft strahlenförmig vom Ursprung ausgehende Linien erkennbar, welche die Matrix in beispielhaft fünf Dreiecke teilen, welche jeweils einer
Rauchdichtestufe oder einem Rauchdichtelevel zugeordnet sind. Die Die vom Ursprung ausgehenden Linien können auch als
Rauchsignalschwellen angesehen werden. Rauchdichtestufe mit hohen Zahlenwerte, wie z.B. das rechte untere Dreieck mit Werten von 26 bis 246, entsprechen einer höchsten Rauch- 5 dichtestufe fünf, die typischerweise mit einem Brandalarm gleichzusetzen ist. Das linke obere Dreieck weist nur Zahlenwerte von 0 auf. Dies korrespondiert mit der niedrigsten Rauchdichtestufe, also mit „keine kleinen Rauchpartikel detektiert" oder „OK" . Dazwischen liegende Rauchdichtestufen korrespondieren mit entsprechenden Früh- oder Vorwarnstufen .
Gemäss der Erfindung werden die beiden Rot- und Blausignale IR, BL in einen als Vektor dargestellte Polarkoordinate L, α abgebildet. Dabei nehmen generell die Zahlenwerte bzw. die
Rauchdichtesignalwerte mit zunehmenden Abstand L zu. Zugleich nehmen die Werte in Drehrichtung von α mit zunehmenden Wert von α ab. Dies ist entspricht der hier degressiven Gewichtung. Mit anderen Worten sind die Werte bei gleicher Vektor- länge bzw. bei gleichem Abstandswert L, welche in etwa einer gleichen detektierten Anzahl von Partikeln entspricht, um so grösser, je kleiner der Polarwinkel OC ist bzw. je mehr „blaues" Licht und folglich je mehr kleine Rauchpartikel detektiert worden sind.
FIG 5 zeigt ein Beispiel für eine zweite Matrix, mittels welcher normierte rote und blaue Streulichtsignalwerte in einen gewichteten Staub/Dampfdichte-Signalwert abgebildet werden .
Es sind wiederum strahlenförmig vom Ursprung ausgehende
Linien erkennbar, welche die Matrix in beispielhaft fünf Dreiecke teilen, welche jeweils einer Staub/Dampfdichtestufe oder einem Staub/Dampfdichtelevel zugeordnet sind. Die vom Ursprung ausgehenden Linien können auch als
Staub/Dampfsignalschwellen angesehen werden. Staub/Dampf- dichtestufen mit hohen Zahlenwerte, wie z.B. das linke obere Dreieck mit Werten von 53 bis 252, entsprechen einer höchsten Staub/Dampfdichtestufe fünf, die typischerweise mit einer Staub/Dampfwarnung gleichzusetzen ist. Das rechte untere
Dreieck dagegen weist nur Zahlenwerte von 0 auf. Dies korrespondiert mit der niedrigsten Staub/Dampfdichtestufe , also mit „keine grossen Partikel detektiert" oder „OK" . Dazwischen liegende Staub/Dampfdichtestufen korrespondieren mit entsprechenden Früh- oder Vorwarnstufen .
Gemäss der Erfindung werden die beiden Rot- und Blausignale IR, BL in einen als Vektor dargestellte Polarkoordinate L, α abgebildet. Dabei nehmen generell die Zahlenwerte bzw. die Staub/Dampfdichte-Signalwerte mit zunehmenden Abstand L zu. Zugleich nehmen auch die Werte in Drehrichtung von α mit zunehmenden Wert von α zu. Dies entspricht der hier progres- siven Gewichtung. Mit anderen Worten sind die Werte bei gleicher Vektorlänge bzw. bei gleichem Abstandswert L, welche in etwa einer gleichen detektierten Anzahl von Partikeln entspricht, um so grösser, je grösser auch der Polarwinkel α ist bzw. je mehr „rotes" Licht und folglich je mehr grosse Staub/Dampf-Partikel detektiert worden sind.
7
Bezugszeichenliste
1 Gefahrenmelder, Rauchmelder, Brandmelder
2 Detektionseinheit
3 erste Mittel, Mittel zur Normierung
4 zweite Mittel, Transformierer
5, 6 dritte Mittel
OC Polarwinkelwert
AE1-AE4 Rauch- und Staubpartikel, Aerosole
BL zweites Streulichtsignal, blaues Licht
BL' unnormiertes zweites Streulichtsignal
DR Detektionsraum
fl, f2 Gewichtungsfunktionen
IR erstes Streulichtsignal, Infrarotlicht
IR' unnormiertes erstes Streulichtsignal
KIR, KBL Am litudenverlauf
L Abstand, Länge
LED Ausgangssignale für Leuchtmittel
Q Quotient aus erstem und zweiten Streulichtsignal
R Rauchdichtesignale
S1-S7 Schritte
SD Staub-/Dampfdichte-Signal

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Auswertung zweier Streulichtsignale (IR, BL) bei einem nach dem Streulichtprinzip arbeitenden optischen Gefahrenmelder (1),
- wobei die zu detektierenden Partikel mit Licht in einem ersten und zweiten Wellenlängenbereich bestrahlt werden,
- wobei das von den Partikeln gestreute Licht in ein erstes und zweites unnormiertes Streulichtsignal (IR', BL') umgewandelt wird,
- wobei die beiden Streulichtsignale (IR', BL') derart
zueinander normiert werden, dass deren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa
übereinstimmt ,
- wobei die beiden normierten Streulichtsignale (IR, BL) in je einen Polarwinkel und je einen Abstand als
Polarkoordinaten eines Polarkoordinatensystems
transformiert werden,
- wobei je ein Rauchdichtesignal (R) und je ein Staub-/Dampf- dichte-Signal (SD) aus einem aktuellen Abstandswert (L) gebildet werden, wobei hierzu der jeweilige aktuelle
Abstandswert (L) , abhängig von einem aktuellen
Polarwinkelwert (OC) , gegensätzlich zueinander gewichtet wird, und
- wobei das gewichtete Rauchdichtesignal (R) und das
gewichtete Staub-/Dampfdichte-Signal (SD) zur weiteren Auswertung auf Brandkenngrössen hin ausgegeben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
- wobei das gewichtete Rauchdichtesignal (R) mit zumindest einer Rauchsignalschwelle verglichen wird und zumindest eine Brandalarmstufe signalisiert wird, und/oder
- wobei das gewichtete Staub-/Dampfdichte-Signal (SD) mit zumindest einer Staubdampfsignalschwelle verglichen wird und zumindest eine Staub- /Dampf-Warnstufe signalisiert wird .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
- wobei der aktuelle Abstandswert (L) bei der Bildung des
Rauchdichtesignals (R) für zunehmende Polarwinkelwerte (OC) degressiv gewichtet wird und wobei der aktuelle
Abstandswert (L) bei der Bildung des Staub- /Dampfdichte- Signals (SD) für zunehmende Polarwinkelwerte (OC)
progressiv gewichtet wird, dies für den einen Fall, dass der Polarwinkel aus dem Verhältnis (Q) von erstem zu zweitem normierten Streulichtsignal (IR, BL) gebildet wird, oder alternativ,
- wobei der aktuelle Abstandswert (L) bei der Bildung des
Rauchdichtesignals (R) für zunehmende Polarwinkelwerte (OC) progressiv gewichtet und wobei der aktuelle Abstandswert (L) bei der Bildung des Staub-/Dampfdichte-Signals (SD) für zunehmende Polarwinkelwerte (OC) degressiv gewichtet wird, dies für den umgekehrten Fall der Verhältnisbildung.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Partikel mit infrarotem Licht einer Wellenlänge von 600 bis 1000 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 940 nm ± 20 nm, und mit blauem Licht einer Wellenlänge von 450 bis 500 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 470 nm ± 20 nm, bestrahlt werden. 5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die vorgebbare Partikelgrösse einen Wert im Bereich von 0.
5 bis 1.1 μπι, insbesondere einen Wert von etwa 1 μπι aufweist.
6. Optischer Gefahrenmelder mit einer nach dem
Streulichtprinzip arbeitenden Detektionseinheit (2) und mit einer damit verbundenen elektronischen Auswerteeinheit, wobei
- die Detektionseinheit (2) zumindest ein Leuchtmittel zum Bestrahlen von zu detektierenden Partikeln und zumindest einen optischen Empfänger zur Detektion des von den Par- tikeln gestreuten Lichts aufweist, wobei das von dem zumindest einen Leuchtmittel ausgesandte Licht in einem ersten Wellenlängenbereich und in einem zweiten Wellenlängenbereich liegt und wobei der zumindest eine optische Empfänger sensitiv für den ersten und/oder zweiten Wellenlängenbereich ist sowie zur Umwandlung des
empfangenen gestreuten Lichts in ein erstes und zweites unnormiertes Streulichtsignal (IR', BL') ausgebildet ist, und wobei
die elektronische Auswerteeinheit aufweist
- erste Mittel (3) zur Normierung der beiden unnormierten Streulichtsignale (IR', BL'), sodass deren
Am litudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt,
- zweite Mittel (4) zur rechnerischen Transformation der beiden normierten Streulichtsignale (IR, BL) in je einen Polarwinkel und je einen Abstand als Polarkoordinaten eines Polarkoordinatensystems , und
- dritte Mittel (5, 6) zur Ermittlung je eines Rauchdichte Signals (R) und je eines Staub-/Dampfdichte-Signals (SD) aus einem aktuellen Abstandswert (L) , wobei die dritten Mittel (5) hierzu den jeweiligen aktuellen Abstandswert (L) , abhängig von einem aktuellen Polarwinkelwert (OC) , gegenläufig zueinander gewichten und wobei die dritten Mittel (5, 6) das gewichtete Rauchdichtesignal (R) und das gewichtete Staub-/Dampfdichte-Signal (SD) zur möglichen weiteren Auswertung auf Brandkenngrössen hin ausgegeben .
7. Optischer Gefahrenmelder nach Anspruch 6,
- wobei die dritten Mittel (5, 6) den aktuellen Abstandswert (L) bei der Bildung des Rauchdichtesignals (R) für
zunehmende Polarwinkelwerte (oc) degressiv gewichten und den aktuellen Abstandswert (L) bei der Bildung des Staub- /Dampfdichte-Signals (SD) für zunehmende Polarwinkelwerte
(oc) progressiv gewichten, wenn die zweiten Mittel (4) den Polarwinkel aus dem Verhältnis (Q) von erstem zu zweitem normierten Streulichtsignal (IR, BL) bilden, oder
alternativ,
- wobei die dritten Mittel (5, 6) den aktuellen Abstandswert (L) bei der Bildung des Rauchdichtesignals (R) für
zunehmende Polarwinkelwerte (OC) progressiv gewichten und den aktuellen Abstandswert (L) bei der Bildung des Staub- /Dampfdichte-Signals (SD) für zunehmende Polarwinkelwerte (α) degressiv gewichten, wenn die zweiten Mittel (4) den Polarwinkel aus dem Verhältnis (Q) von zweitem zu erstem normierten Streulichtsignal (BL, IR) bilden.
8. Optischer Gefahrenmelder nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Detektionseinheit (2) eine Infrarot-Leuchtdiode mit einer Wellenlänge im ersten Wellenlängenbereich von 600 bis 1000 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 940 nm ± 20 nm, und eine blaue Leuchtdiode mit einer Wellenlänge im zweiten Wellenlängenbereich von 450 bis 500 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 470 nm ± 20 nm, aufweist.
9. Optischer Gefahrenmelder nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die vorgebbare Partikelgrösse einen Wert im Bereich von 0.5 bis 1.1 μπι, insbesondere einen Wert von etwa 1 μπι aufweist .
10. Optischer Gefahrenmelder nach einem der Ansprüche 6 bis
9, wobei die elektronische Auswerteeinheit vierte Mittel zum Vergleichen des gewichteten Rauchdichtesignals (R) mit zumindest einer Rauchsignalschwelle sowie Signalisierungs- mittel zum Signalisieren zumindest einer Brandalarmstufe aufweist .
11. Optischer Gefahrenmelder nach einem der Ansprüche 6 bis
10, wobei die elektronische Auswerteeinheit fünfte Mittel zum Vergleichen des gewichteten Staub-/Dampfdichte-Signals (SD) mit zumindest einer Staubdampfsignalschwelle sowie
Signalisierungsmittel zum Signalisieren zumindest einer
Staub-/Dampf-Warnstufe aufweist.
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