EP2758948B1 - Brandmelder mit sensorfeld - Google Patents

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EP2758948B1
EP2758948B1 EP12759155.0A EP12759155A EP2758948B1 EP 2758948 B1 EP2758948 B1 EP 2758948B1 EP 12759155 A EP12759155 A EP 12759155A EP 2758948 B1 EP2758948 B1 EP 2758948B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fire
sensor
measured value
field
feature
Prior art date
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Active
Application number
EP12759155.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2758948A2 (de
Inventor
Thomas Hanses
Ralph Bergmann
Joerg Tuermer
Kathrin Reinhold
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2758948A2 publication Critical patent/EP2758948A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2758948B1 publication Critical patent/EP2758948B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/12—Actuation by presence of radiation or particles, e.g. of infrared radiation or of ions
    • G08B17/125—Actuation by presence of radiation or particles, e.g. of infrared radiation or of ions by using a video camera to detect fire or smoke

Definitions

  • the invention relates to a fire alarm for a fire alarm system for monitoring a monitoring area with an interface for communication with the fire alarm system, with a sensor device for spatially resolved recording of the monitoring area in an IR wavelength range and for outputting sensor signals, and with an evaluation device for determining a fire condition by evaluation the sensor signals of the sensor device, the fire status being transmitted to the fire alarm system via the interface.
  • Fire detectors are locally installed units that are mounted on a ceiling or wall, for example, and are used to detect a fire in their vicinity.
  • up to three different types of sensors are used in order to detect fires at an early stage.
  • An optical sensor is often used that detects smoke by means of the scattering of light particles.
  • a chemical sensor that detects carbon monoxide that is formed during a fire.
  • a temperature sensor is often used, which gets its information from a temperature-dependent resistor. Since the transport mechanism used for temperature detection is heat convection and the air heating between the source of the fire and the fire alarm requires a certain amount of time, this type of sensor is slow.
  • infrared sensors are known which evaluate the thermal radiation bundled at one point, but regardless of the direction of incidence. The speed of reaction of these sensors is fast, but only one overall statement can be made for the environment with this type of sensor.
  • This document relates to a sensor system with an optical diaphragm, the optical diaphragm being arranged in front of a measuring sensor and the optical diaphragm having a material that can be varied in its optical properties for generating the optical glare effect.
  • the optical diaphragm is designed, for example, like a grid, with the individual grid fields being selectively activated or deactivated. This makes it possible, for example, to allow light signals to pass through to the sensor only from selected solid angle areas and to block them from other solid angle areas, so that a spatially resolved observation of the environment can take place here.
  • the U.S. 5,248,884 A describes an infrared detector comprising a thin layer of photosensitive material on a transparent dielectric material with an array of planar antennas adjoining the surface of the thin layer.
  • the device comprises at least one infrared thermal imaging device for obtaining a specified area. Furthermore, the device comprises a processor for processing the thermal image and for detecting hot spots in the thermal image.
  • the EP 1 381 005 A1 describes an event reporter with a camera for the observation of a surveillance space and an evaluation stage in which the images recorded by the camera are examined for the occurrence of parameters characteristic of events to be monitored.
  • the EP 1 329 860 A2 discloses an apparatus for flame detection.
  • the device determines a flame from an image obtained by photographing a monitored object with an imager.
  • an imaging fire detector which is used to detect a fire from a recorded sequence of images.
  • Either a video camera or an infrared camera is used as the imaging device.
  • the pamphlet DE 10 2008 001 383 A1 which probably represents the closest prior art, describes a detection device for detecting fires with an imaging sensor element which is designed to output image data. Furthermore, the detection device comprises an optical device which is connected upstream of the sensor element, the sensor element and the optical device together forming a camera device for monitoring the monitored area. An evaluation device is designed to detect the fires by evaluating the image data.
  • a fire alarm in particular a point fire alarm
  • the fire alarm is suitable and / or designed for monitoring a surveillance area.
  • the monitoring area can be, for example, a room, a room, a hall or another open or closed area.
  • the fire detector is used to detect a fire in the monitoring area and thereby to determine a fire condition.
  • the fire detector is designed to provide further fire status information on the fire status, such as a fire probability or a fire position.
  • the fire alarm forms part of a fire alarm system, which preferably has a plurality of such fire alarms, which are connected to one another for signaling purposes via a network and optionally in addition to a fire alarm center to monitor the state of the fire or Exchange fire status information.
  • the fire alarm has in particular an interface for communication with the fire alarm system.
  • the interface is designed to couple a field bus to the fire alarm.
  • the fire alarm comprises a sensor device for spatially resolved recording of the monitored area.
  • the recording of the monitoring area is preferably implemented by an optical image of the monitoring area on the sensor device. This can be an undistorted image, but it is also possible that a distorted image is accepted in order to enable 360-degree detection, for example.
  • the monitoring area is recorded in an IR wavelength range which preferably begins at a wavelength greater than 2 ⁇ m, in particular greater than 3 ⁇ m.
  • the sensor device is only sensitive from the mentioned wavelengths.
  • the detection is particularly preferably carried out in an FIR (FAR INFRA RED) area.
  • the fire alarm comprises an evaluation device for detecting a fire in the monitoring area and for determining a fire condition by evaluating the sensor signals of the sensor device.
  • the evaluation of the sensor signals is thus implemented within the fire alarm, with in particular the fire status or fire status information being transmitted to the fire alarm system via the interface. In particular, no sensor signals are transmitted to the fire alarm system.
  • the fire detector forms an embedded system for determining and transmitting the fire status.
  • the sensor device is designed as a sensor field or includes this.
  • the sensor field is implemented as a flat area with sensor units, so that the sensor device is designed as an image sensor or includes it.
  • the Sensor device or the sensor field designed as an image sensor of an infrared camera.
  • the sensor device outputs a measured value field as sensor signals, which field comprises the spatially resolved measured values of the sensor units or values derived therefrom.
  • the measured value field is a temperature image of the monitored area.
  • the advantage of the invention is that by using an IR-sensitive sensor field on the one hand, information from the thermal radiation is used, in which the relevant information is transmitted at the speed of light and is thus available virtually without delay.
  • complex system technology such as the optical diaphragm is dispensed with, so that the structural design can be kept simple and thus not susceptible to failure and inexpensive.
  • the sensor field is preferably designed to be uncooled, so that complex cooling measures can be dispensed with.
  • the fire alarm has a wall or ceiling housing, which is designed in particular for a recessed or plastered arrangement in the monitoring area.
  • This design has the advantage that the fire alarm according to the invention can be used in a fire alarm system instead of the ceiling or wall fire alarms known to date without having to adapt the ambient conditions.
  • the sensor field is designed as a bolometer field.
  • the sensor field has a multiplicity of bolometers or microbolometers as the sensor units, which are arranged, for example, in a grid-like manner or distributed in concentric circles.
  • the bolometer field is uncooled. Radiations in an IR wavelength range greater than 5 ⁇ m are particularly preferably recorded by the bolometer field.
  • a bolometer is a radiation sensor that detects energy emitted in the form of electromagnetic radiation, preferably via the bolometer heating up due to the absorption of the energy. The resulting heating creates an ohmic resistance of the bolometer or changed in each sensor unit of the sensor field and can be used as a basis for a sensor signal.
  • a temperature-dependent change in the characteristic curve of diodes in the bolometer or in the sensor unit can also form a basis for a sensor signal.
  • the sensor field is according to the document WO2007 / 1447663A1 educated.
  • calibration can be carried out with a black body radiation source, in which a minimum temperature and a maximum temperature are assigned to a corresponding voltage across the resistors or diodes.
  • the current is kept constant during calibration.
  • an exact measurement in the temperature range between the two points of the minimum temperature and the maximum temperature is possible. If the measuring object behaves like a black body, then a modeling of the radiation intensity and thus also the electrical power or the voltage with constant power supply of the sensor units of the bolometer field with the relation U ⁇ T 4 between the two calibration points is correct or sufficiently accurate.
  • the sensor device is thus able to output a calibrated temperature image as a measured value field.
  • the number of sensor units in the sensor field be selected to be less than 20,000, preferably less than 10,000 and in particular less than 5,000.
  • This special adaptation of the sensor field to the needs of the fire alarm is based on the consideration that it is not necessary for the detection of a fire to record a high-resolution image of the monitored area by the sensor field. Rather, it is sufficient to use a very limited number of sensor units and, for example, to use a sensor field with 30 x 40 or 100 x 150 sensor units.
  • the sensor units form pixels in a later image.
  • This configuration on the one hand lowers the costs for the sensor field and on the other hand keeps the effort for the evaluation of the sensor signals low, since in comparison to conventional infrared cameras with more than 100,000 or 200,000 sensor units, the evaluation effort is correspondingly lower.
  • the spatial resolution in a monitoring area with a size of 4 mx 4 mx 2.5 m is worse than 10 cm, preferably worse than 30 cm.
  • This low resolution also allows the evaluation device to be equipped with low computing power and, for example, to be designed as an inexpensive microcontroller.
  • the evaluation device has a feature extractor module and a detection module, wherein the feature extractor module extracts a feature or a plurality of features from the sensor signal and the detection module detects a fire condition and optionally additionally a normal condition based on the feature or features.
  • Disturbance variables are objects and processes that have fire properties and can therefore accidentally trigger a fire alarm, although there is actually no danger. Examples of such disturbance variables are hot air, cigarettes, candles, steam, hot stove plates, etc.
  • the feature extractor module extracts different features from the sensor signals and the features are evaluated by the detection module.
  • one-dimensional sensors such as simple infrared detectors
  • the detection module can use some, all or any selection of the features:
  • One possible feature relates to a maximum temperature in a measured value field of the sensor field. To determine this size, one determines the pixel value or entry of a measured value field that has the absolute highest temperature. At The maximum temperature shows best the speed advantage that fire detection with infrared radiation offers compared to fire detection via thermal convection. In order to filter out statistical outliers, the pixel value of the 2, 3, 4 or 5 highest temperature can be used instead of the pixel value with the absolute highest temperature.
  • the measured value field is immediately followed by a rapid rise in the maximum temperature, often up to saturation of the electronics, at, for example, 500 ° C., so that the maximum temperature feature is highly informative. Due to the rapid increase in the maximum temperature, especially in the case of an open fire, the time course of the maximum temperature over several measurement value fields is significant and should be provided as a possible further feature. For example, the time derivative of the time profile of the maximum temperature can be evaluated over several meter fields.
  • Another feature relates to the average temperature in a measured value field, all or at least a large part of the entries or pixel values in the measured value field being evaluated. Another feature relates to the temporal course of the average temperature over several measured value fields, wherein the temporal derivation of the temporal course of the average temperature can be evaluated.
  • a further feature relates to the total energy in the measured value field, in a preferred embodiment the measured temperature values at each sensor unit being weighted with their fourth power and then the mean value being formed over all sensor units.
  • the total energy is proportional to this quantity according to the Stefan-Boltzmann law. Due to the weighting with the 4th power, even small areas in the measured value field with excessive temperatures lead to a significant change in the total energy.
  • the time course of the total energy over several measured value fields is also suitable as a possible feature. Particularly preferably, the time course of the total energy is integrated over time.
  • Another possible feature relates to the number of sensor units in a measured value field above a limit temperature, whereby the size or expansion a fire or another hot object can be detected relative to the entire surveillance area. This method offers a good way of differentiating disturbances with a small surface, such as cigarettes or a tea light, from larger-scale fires.
  • Another possible feature relates to the time course of the number of sensor units over several measurement value fields above a limit temperature, whereby, for example, an expansion of a fire and the speed of the expansion can be registered.
  • Another feature relates to the average temperature of all entries or pixel values of a partial area (hot spot) with entries or pixel values above a threshold value.
  • This feature uses a two-stage analysis, with sub-areas in the monitoring area with entries above a threshold value being extracted first and the average temperature in this sub-area being determined in a second step.
  • Another possible feature relates to the time course of this average temperature. The advantage of this evaluation is that the feature is more meaningful than the average temperature of the entire room.
  • hot spots Another possibility, after the "hot spots” have been identified, is that they are followed over time (tracking) and these are examined independently of one another.
  • the various hot spots can be distinguished from one another on the basis of their position.
  • Another possible feature relates to the ratio between a maximum height and a maximum width of a partial area with entries or pixel values above a threshold value (hot spot).
  • a threshold value hot spot
  • the features mentioned are evaluated in their entirety by the detection module.
  • the evaluation for example, there are simple methods in which each characteristic whose value is above a limit value is evaluated with a 1 and otherwise with a 0. If the number of features evaluated with 1 exceeds a further limit value, a fire condition is concluded.
  • the evaluations of the features can also be weighted in order to emphasize significant features before less significant features.
  • the Figure 1 shows in a schematic block diagram a fire alarm system 1 with several fire alarms 2.
  • the Fire detectors 2 are arranged in a room 3 as a monitoring area and are used to detect a fire 4.
  • the fire alarm system 1 comprises a fire alarm center 5 to which the fire alarms 2 are connected via a field bus or a network 6.
  • the fire alarm center 5 can also be connected to other, not shown, also different types of fire alarms.
  • Status information of the fire alarms 2 is transmitted via the network 6, in particular a fire status and further metadata on this fire status are transmitted as status information.
  • the fire alarms 2 are designed as structural units, which according to the Figure 1 for example, can be used for wall mounting or ceiling mounting, in particular for surface mounting or flush mounting.
  • the fire alarms 2 have a detection area ⁇ of, for example, 40 degrees or 60 degrees; in modified embodiments, the fire alarms 2 can also be designed as 360-degree fire alarms.
  • the fire alarms 2 can have a fisheye lens or a DOME lens.
  • the Figure 2 shows one of the fire alarms 2 in a schematic representation.
  • the fire alarm 2 comprises a sensor device 7 which comprises a sensor field with a multiplicity of sensor units.
  • a sensor field made up of bolometers or microbolometers.
  • the sensor field is designed to detect thermal radiation in an IR wavelength range, in particular this is sensitive above a wavelength of 3 ⁇ m or 5 ⁇ m.
  • the sensor field is equipped, for example, with 30 ⁇ 40 sensor units, in particular bolometers, or with 100 ⁇ 150 sensor units or bolometers. With this resolution of the sensor field in the sensor device 7, a spatially resolved monitoring is possible, but no detailed monitoring of the monitoring area 3.
  • the fire alarm 2 should not record any details of the surrounding area 3, but should only detect the existence of a fire 4.
  • the sensor device 7 is preceded by an imaging device 8, for example an optical system.
  • the imaging device 8 enables the monitoring area 3 to be imaged onto the sensor device 7 within the viewing angle ⁇ .
  • the sensor field in particular the bolometer field, can be calibrated in such a way that the sensor device 7 provides, as sensor signals, an image of the monitored area 3 with temperature values as pixel values as a measured value field with an areal resolution or spatial resolution.
  • the sensor signals of the sensor device 7, designed as measured value fields with temperature values or as temperature images, are transferred to an evaluation device 9, which has a feature extractor module 10 and a detection module 11.
  • the evaluation device 9 is implemented as a microprocessor which - compared to a DSP - has a lower energy consumption and is characterized by low costs.
  • the reduction in the number of sensor units in the sensor device 7 and the evaluation algorithms described below mean that an inexpensive microcontroller can be used.
  • the feature extractor module 10 examines the sensor signals for a plurality of features, which are described below.
  • the features with their parameters are transferred to the evaluation module 11, with a decision being made by evaluating the features in their entirety as to whether a fire condition or a normal condition is present in the monitoring area 3.
  • the characteristics of the features are compared with previously defined threshold values, a logic table being formed in which features with exceeded threshold values with 1 and with not exceeded threshold values with 0 are kept. If a previously defined number of threshold values is exceeded, a fire condition is assumed.
  • Another possibility is the different weighting of characteristics, with the most suitable characteristics for differentiating between fires and malfunctions being weighted the most. Another possibility is the use of fuzzy logic to calculate the individual probabilities to an overall probability for a fire condition.
  • the evaluation module 11 contains a classifier which is trained in advance with sensor signals from real sources of fire and from disturbance variables such as smoldering cigarettes, hot stove plates, candlelight, etc.
  • a classifier which is trained in advance with sensor signals from real sources of fire and from disturbance variables such as smoldering cigarettes, hot stove plates, candlelight, etc.
  • Such training methods of classifiers and the evaluation of classifiers are sufficiently known, for example, from digital image processing, so that the implementations can be based on digital image processing.
  • the result of the evaluation module 11 - in particular the presence or absence of a fire condition - is transferred to an interface 12 to the network 6 and thus reported to the fire alarm system 1.
  • the Figure 3 shows in a schematic graph the time courses of the feature “maximum temperature” of a smoldering fire 13 and an open fire 14.
  • the feature “maximum temperature” is determined as follows. The sensor unit or the pixel with the highest temperature value is determined from a measured value field of the sensor device 7. In the graph of the Figure 3 the maximum temperature determined in this way is plotted over time. In the case of the open fire 14, it can be clearly seen that the maximum temperature rises rapidly to up to 500 ° C., the electronics being saturated above 500 ° C.. The maximum temperature feature thus represents a high level of significance for the open fire 14. However, even with the smoldering fire 13, the maximum temperature rises to over 100 ° C., so that a medium significance is given.
  • Another feature is the time course of the maximum temperature, the course of the curve of both the smoldering fire 13 and the open fire 14 show a significant increase in the time domain around 200 s. The derivation of the behavior over time of the maximum temperature can thus also be used as a feature. It should also be pointed out that the drop in the curve of the smoldering fire 13 and the open fire 14 is due to the small amount of material to be fired.
  • the Figure 4 shows a graph in the same representation as in FIG Figure 3 , but the time course of the average temperature of all sensor units of the sensor device 7 is shown.
  • the curve of the open fire 14 again shows a high level of significance, whereas the curve of the smoldering fire 13 is not very significant.
  • the time derivative can be used again.
  • the Figure 5 shows a next graph in the same representation as in the previous figures, this graph showing an integration of the total energy in arbitrary units.
  • the temperature values are raised to the power of 4 in order to obtain the energy according to the Stefan-Boltzmann law, and then the mean value is formed over all pixels.
  • the proportional factors are not included for the sake of simplicity.
  • the course of the curve for the open fire 14 is significant both when a threshold value is exceeded and when there is a gradient, so that this feature is meaningful. Another possible significant feature is given by the exponential increase in curve 14 at the beginning of the fire.
  • the average temperature of pixels or entries is plotted in a sub-area of the measured value field, the sub-area being entries or Has pixels with temperature values above a threshold value.
  • both the curve progression of the open fire 14 and the smoldering fire 13 show a significant progression, so that a possible feature with regard to the exceeding of a threshold value for the average temperature as well as for its temporal progression can be obtained from this evaluation.
  • the number n of entries or pixels is plotted in a sub-area of the measured value field, the sub-area having entries or pixels with temperature values above a threshold value.
  • the curve profile of the open fire 14 shows a very significant behavior, whereas the curve profile of the smoldering fire 13 has only moderate significance, so that the number n or its time profile can also be used as possible features.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Brandmelder für ein Brandmeldesystem zur Überwachung eines Überwachungsbereichs mit einer Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Brandmeldesystem, mit einer Sensoreinrichtung zur ortsaufgelösten Aufnahme des Überwachungsbereichs in einem IR-Wellenlängenbereich und zur Ausgabe von Sensorsignalen, und mit einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung eines Brandzustands durch Auswertung der Sensorsignale der Sensoreinrichtung, wobei der Brandzustand über die Schnittstelle an das Brandmeldesystem übertragen wird.
  • Brandmelder sind lokal installierte Einheiten, welche beispielsweise an einer Decke oder an einer Wand montiert werden und dazu dienen, einen Brand in deren Umgebung zu detektieren. Bei bekannten Ausführungsformen werden bis zu drei verschiedene Sensortypen eingesetzt, um Brände frühzeitig zu erkennen. Häufig wird ein optischer Sensor eingesetzt, der Rauch mittels der Streuung von Lichtteilchen erkennt. Gebräuchlich ist auch ein chemischer Sensor, der entstehendes Kohlenmonoxid während eines Brandes detektiert. Des Weiteren wird oft ein Temperatursensor eingesetzt, der seine Informationen aus einem temperaturabhängigen Widerstand bezieht. Nachdem der bei der Temperaturerkennung ausgenutzte Transportmechanismus die Wärmekonvektion ist und die Lufterwärmung zwischen Brandherd und Brandmelder eine gewisse Zeit benötigt, ist dieser Sensortyp langsam. Außerdem sind Infrarotsensoren bekannt, die die Wärmestrahlung an einem Punkt gebündelt auswerten, jedoch unabhängig von der Einfallsrichtung. Diese Sensoren sind von der Reaktionsgeschwindigkeit schnell, jedoch kann durch diesen Sensortyp nur eine Gesamtaussage für die Umgebung getroffen werden.
  • Ein anderer Ansatz ist in der Druckschrift DE10110231A1 beschrieben. Diese Druckschrift betrifft ein Sensorsystem mit einer optischen Blende, wobei die optische Blende vor einem Messaufnehmer angeordnet ist und wobei die optische Blende ein in seinen optischen Eigenschaften veränderliches Material zur Erzeugung der optischen Blendwirkung aufweist. Die optische Blende ist beispielsweise rasterartig ausgeführt, wobei die einzelnen Rasterfelder selektiv aktiviert bzw. deaktiviert werden. Damit ist es zum Beispiel möglich, Lichtsignale nur aus ausgewählten Raumwinkelbereichen auf den Messaufnehmer durchzulassen und aus anderen Raumwinkelbereichen zu blockieren, so dass hier eine ortsaufgelöste Beobachtung der Umgebung erfolgen kann.
  • Die US 5 248 884 A beschreibt einen Infrarotdetektor, der eine dünne Schicht aus einem lichtempfindlichen Material auf einem transparenten dielektrischen Material mit einer Anordnung planarer Antennen aufweist, die an die Oberfläche der dünnen Schicht angrenzen.
  • Aus der WO 2007/107988 A2 ist eine Vorrichtung für die Erkennung und Lokalisierung eines Wärmeereignisses sowie für Bereitstellung einer Reaktion auf das Wärmeereignis bekannt. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein IR-Wärmebildgerät für den Erhalt eines festgelegten Bereichs. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen Prozessor für die Verarbeitung des Wärmebilds sowie für die Erfassung von hot spots in dem Wärmebild.
  • Die EP 1 381 005 A1 beschreibt einen Ereignismelder mit einer Kamera für die Beobachtung eines Überwachungsraums und eine Auswertungsstufe, in welcher die von der Kamera aufgenommenen Bilder auf das Auftreten von für zu überwachende Ereignisse charakteristische Kenngrößen untersucht werden.
  • Die EP 1 329 860 A2 offenbart eine Vorrichtung zur Flammenerkennung. Die Vorrichtung bestimmt eine Flamme aus einem Bild, das durch ein Fotografieren eines Überwachungsobjekts mit einem Bildgeber erhalten wird.
  • Aus der US 2003/03887 A1 ist ein bildgebender Brandmelder bekannt, der dazu dient, aus einer aufgenommenen Bildfolge einen Brand zu erkennen. Als bildgebende Vorrichtung wird entweder eine Videokamera oder eine Infrarotkamera verwendet.
  • Die Druckschrift DE 10 2008 001 383 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik darstellt, beschreibt eine Detektionsvorrichtung zur Detektion von Bränden mit einem bildgebenden Sensorelement, welches zur Ausgabe von Bilddaten ausgebildet ist. Ferner umfasst die Detektionsvorrichtung eine Optikeinrichtung, welche dem Sensorelement vorgeschaltet ist, wobei das Sensorelement und die Optikeinrichtung zusammen eine Kameraeinrichtung zur Überwachung des Überwachungsbereichs bilden. Eine Auswerteeinrichtung ist zur Detektion der Brände durch Auswertung der Bilddaten ausgebildet.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Der Gegenstand der Erfindung betrifft einen Brandmelder mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteränsprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Erfindungsgemäß wird ein Brandmelder, insbesondere ein Punktbrandmelder, vorgeschlagen. Der Brandmelder ist zur Überwachung eines Überwachungsbereiches geeignet und/oder ausgebildet. Bei dem Überwachungsbereich kann es sich beispielsweise um einen Raum, ein Zimmer, eine Halle oder einen anderen offenen oder geschlossenen Bereich handeln.
  • Der Brandmelder dient dazu, einen Brand in dem Überwachungsbereich zu detektieren und dadurch einen Brandzustand zu ermitteln. Optional ist der Brandmelder ausgebildet, weitere Brandzustandsinformationen zu dem Brandzustand bereit zu stellen, wie zum Beispiel eine Brandwahrscheinlichkeit oder eine Brandposition.
  • Der Brandmelder bildet einen Teil eines Brandmeldesystems, welches vorzugsweise eine Mehrzahl derartiger Brandmelder aufweist, die über ein Netzwerk signaltechnisch miteinander und optional ergänzend mit einer Brandmeldezentrale verbunden sind, um den Brandzustand oder Brandzustandsinformationen auszutauschen. Zur signaltechnischen Ankopplung des Brandmelders an das Brandmeldesystem weist der Brandmelder insbesondere eine Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Brandmeldesystem auf. Insbesondere ist die Schnittstelle zur Ankopplung eines Feldbus an den Brandmelder ausgebildet.
  • Der Brandmelder umfasst eine Sensoreinrichtung zur ortsaufgelösten Aufnahme des Überwachungsbereichs. Die Aufnahme des Überwachungsbereichs wird bevorzugt durch eine optische Abbildung des Überwachungsbereichs auf die Sensoreinrichtung umgesetzt. Es kann sich hierbei um eine unverzerrte Abbildung handeln, es ist jedoch auch möglich, dass eine verzerrte Abbildung in Kauf genommen wird, um beispielsweise eine 360-Grad-Erfassung zu ermöglichen. Die Aufnahme des Überwachungsbereichs erfolgt in einem IR-Wellenlängenbereich, welcher vorzugsweise bei einer Wellenlänge größer als 2 µm, insbesondere größer als 3 µm beginnt. Insbesondere ist die Sensoreinrichtung erst ab den genannten Wellenlängen sensitiv. Besonders bevorzugt erfolgt die Erfassung in einem FIR (FAR INFRA RED) Bereich.
  • Zudem umfasst der Brandmelder eine Auswerteeinrichtung zur Detektion eines Brandes in dem Überwachungsbereich und zur Ermittlung eines Brandzustandes durch Auswertung der Sensorsignale der Sensoreinrichtung. Die Bewertung der Sensorsignale wird somit innerhalb des Brandmelders umgesetzt, wobei über die Schnittstelle insbesondere der Brandzustand bzw. Brandzustandsinformationen an das Brandmeldesystem übertragen werden. Insbesondere werden keine Sensorsignale an das Brandmeldesystem übertragen. Dies hat den Vorteil, dass in dem Brandmeldesystem beliebige, auch andersartige Brandmelder eingesetzt werden können, da die Schnittstellendefinition nur die Übergabe des Brandzustandes bzw. der Brandzustandsinformationen verlangt und auf brandmelderspezifische Sensorsignale verzichtet. Insbesondere bildet der Brandmelder ein eingebettetes System (auch engl. embedded system) zur Ermittlung und zur Übertragung des Brandzustands.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinrichtung als ein Sensorfeld ausgebildet ist bzw. dieses umfasst. Das Sensorfeld ist als ein flächiger Bereich mit Sensoreinheiten realisiert, so dass die Sensoreinrichtung als ein Bildsensor ausgebildet ist oder diesen umfasst. Insbesondere ist die Sensoreinrichtung bzw. das Sensorfeld als Bildsensor einer Infrarotkamera ausgebildet. Die Sensoreinrichtung gibt als Sensorsignale ein Messwertfeld aus, welches die ortsaufgelösten Messwerte der Sensoreinheiten oder daraus abgeleitete Werte umfasst. Insbesondere ist das Messwertfeld ein Temperaturbild des Überwachungsbereichs.
  • Der Vorteil der Erfindung ist, dass durch den Einsatz eines IR-sensitiven Sensorfeldes auf der einen Seite Informationen aus der Wärmestrahlung ausgenutzt werden, bei der die relevanten Informationen mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden und damit quasi verzögerungsfrei zur Verfügung stehen. Auf der anderen Seite wird auf eine aufwendige Systemtechnik wie die optische Blende verzichtet, so dass der konstruktive Aufbau einfach und damit störungsunanfällig und kostengünstig gehalten werden kann. Bevorzugt ist das Sensorfeld ungekühlt ausgeführt, so dass auf aufwendige Kühlmaßnahmen verzichtet werden kann.
  • Bei einer besonders bevorzugten Realisierung der Erfindung weist der Brandmelder ein Wand- oder Deckengehäuse auf, welches insbesondere zur versenkten Anordnung oder Überputzanordnung in dem Überwachungsbereich ausgebildet ist. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass der erfindungsgemäße Brandmelder statt den bisher bekannten Decken- oder Wandbrandmeldern in einem Brandmeldesystem eingesetzt werden kann ohne die Umgebungsbedingungen anpassen zu müssen.
  • Das Sensorfeld ist als eine Bolometerfeld ausgebildet. Das Sensorfeld weist alsDas Sensoreinheiten eine Vielzahl von Bolometern oder Mikrobolometern auf, welche beispielsweise rasterartig oder in konzentrischen Kreisen verteilt angeordnet sind. Insbesondere ist das Bolometerfeld ungekühlt. Besonders bevorzugt werden Strahlungen in einem IR-Wellenlängenbereich größer als 5 µm von dem Bolometerfeld aufgenommen.
  • Ein Bolometer ist ein Strahlungssensor, der in Form von elektromagnetischer Strahlung abgestrahlte Energie detektiert und zwar vorzugsweise über die durch Absorption der Energie stattfindende Erwärmung des Bolometers. Durch die hervorgerufene Erwärmung wird ein Ohmscher Widerstand des Bolometers bzw. in jeder Sensoreinheit des Sensorfeldes verändert und kann als Basis für ein Sensorsignal herangezogen werden. Alternativ hierzu kann auch eine temperaturabhängige Kennlinienänderung von Dioden in dem Bolometer bzw. in der Sensoreinheit eine Basis für ein Sensorsignal bilden. Insbesondere ist das Sensorfeld gemäß der Druckschrift WO2007/1447663A1 ausgebildet.
  • Bei der Inbetriebnahme des Brandmelders kann eine Kalibrierung mit einer Schwarzkörperstrahlungsquelle durchgeführt werden, bei der jeweils eine Minimaltemperatur und eine Maximaltemperatur einer entsprechenden Spannung an den Widerständen bzw. Dioden zugeordnet werden. Der Strom wird bei der Kalibrierung konstant gehalten. Mit der Kalibrierung ist eine genaue Messung im Temperaturbereich zwischen den beiden Punkten der Minimaltemperatur und der Maximaltemperatur möglich. Verhält sich das Messobjekt wie ein schwarzer Strahler, so ist eine Modellierung der Strahlungsintensität und damit auch der elektrischen Leistung bzw. der Spannung bei konstanter Stromversorgung der Sensoreinheiten des Bolometerfeldes mit der Relation U ∼ T4 zwischen den beiden Kalibrierpunkten korrekt oder ausreichend genau. Damit ist die die Sensoreinrichtung in der Lage ein kalibriertes Temperaturbild als Messwertfeld auszugeben.
  • Mit dem Ziel, eine kostengünstige Umsetzung des Brandmelders zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Anzahl der Sensoreinheiten in dem Sensorfeld kleiner als 20.000, vorzugsweise kleiner als 10.000 und insbesondere kleiner als 5.000 gewählt ist. Dieser besonderen Anpassung des Sensorfeldes an die Bedürfnisse des Brandmelders liegt die Überlegung zugrunde, dass es für die Detektion eines Brandes nicht notwendig ist, eine hochauflösende Abbildung des Überwachungsbereiches durch das Sensorfeld aufzunehmen. Vielmehr ist es ausreichend, eine sehr begrenzte Anzahl von Sensoreinheiten zu nutzen und beispielsweise ein Sensorfeld mit 30 x 40 oder 100 x 150 Sensoreinheiten zu verwenden. Die Sensoreinheiten bilden Pixel in einem späteren Bild.
  • Durch diese Ausgestaltung werden zum einen die Kosten für das Sensorfeld gesenkt und zum anderen der Aufwand für die Auswertung der Sensorsignale niedrig gehalten, da im Vergleich zu üblichen Infrarotkameras mit mehr als 100.000 oder 200.000 Sensoreinheiten der Auswertungsaufwand entsprechend geringer ausfällt. Beispielsweise kann es ausreichend sein, dass die örtliche Auflösung in einem Überwachungsbereich mit einer Größe von 4 m x 4 m x 2,5 m schlechter als 10 cm, vorzugsweise schlechter als 30 cm ist. Diese niedrige Auflösung erlaubt es auch, dass die Auswerteeinrichtung mit einer geringen Rechenleistung ausgestattet wird und z.B. als ein kostengünstiger Mikrokontroller ausgeführt ist.
  • Die Auswerteeinrichtung weist ein Merkmalextraktormodul und ein Detektionsmodul auf, wobei das Merkmalextraktormodul ein Merkmal oder eine Mehrzahl von Merkmalen aus dem Sensorsignal extrahiert und das Detektionsmodul auf Basis des oder der Merkmale einen Brandzustand und optional ergänzend einen Normalzustand detektiert.
  • Eine der größten Herausforderungen bei der Branderkennung ist nämlich die korrekte Unterscheidung zwischen Bränden und Störgrößen. Als Störgrößen bezeichnet man Objekte und Vorgänge, die Brandeigenschaften aufweisen und daher versehentlich einen Brandalarm auslösen können, obwohl eigentlich keine Gefahr besteht. Beispiele für derartige Störgrößen sind heiße Luft, Zigaretten, Kerzen, Wasserdampf, heiße Herdplatten etc. Um die Detektionssicherheit des Brandmelders zu erhöhen, werden durch das Merkmalextraktormodul aus den Sensorsignalen unterschiedliche Merkmale extrahiert und die Merkmale durch das Detektionsmodul bewertet. Im Gegensatz zu eindimensionalen Sensoren, wie zum Beispiel einfachen Infrarotdetektoren, ist es bei einem Sensorfeld möglich, eine größere Anzahl von Merkmalen hinsichtlich von Intensitäten, zeitlichen Verläufen der Intensitäten, Flächen, zeitlichen Verläufen von Flächen etc. zu gewinnen und nachfolgend auszuwerten.
  • Nachfolgend werden mögliche Merkmale aufgeführt, die durch das Detektionsmodul bewertet werden. Dabei kann das Detektionsmodul, einige, alle oder eine beliebige Auswahl der Merkmale verwenden:
    Ein mögliches Merkmal betrifft eine Maximaltemperatur in einem Messwertfeld des Sensorfeldes. Zur Ermittlung dieser Größe bestimmt man den Pixelwert bzw. Eintrag eines Messwertfeldes, der die absolut größte Temperatur aufweist. Bei der Maximaltemperatur zeigt sich am besten der Schnelligkeitsvorteil, den eine Branderkennung mit Infrarotstrahlung im Vergleich zu einer Branderkennung über Wärmekonvektion bietet. Um statistische Ausreißer auszufiltern, kann statt des Pixelwerts mit der absolut größten Temperatur auch der Pixelwert der 2, 3, 4, oder 5-größten Temperatur genommen werden.
  • Bei dem Ausbruch eines offenen Feuers folgt in dem Messwertfeld unmittelbar ein rasanter Anstieg der Maximaltemperatur, häufig bis zur Sättigung der Elektronik, bei beispielsweise 500°C, so dass das Merkmal Maximaltemperatur eine hohe Aussagekraft aufweist. Aufgrund des rasanten Anstieges der Maximaltemperatur insbesondere bei offenem Feuer ist der zeitliche Verlauf der Maximaltemperatur über mehrere Messwertfelder signifikant und als ein mögliches, weiteres Merkmal vorzusehen. Beispielsweise kann die zeitliche Ableitung des zeitlichen Verlaufes der Maximaltemperatur über mehrere Messerfelder ausgewertet werden.
  • Ein weiteres Merkmal betrifft die Durchschnittstemperatur in einem Messwertfeld, wobei alle oder zumindest ein Großteil der Einträge oder Pixelwerte im Messwertfeld ausgewertet werden. Ein weiteres Merkmal betrifft den zeitlichen Verlauf der Durchschnittstemperatur über mehrere Messwertfelder, wobei die zeitliche Ableitung des zeitlichen Verlaufs der Durchschnittstemperatur ausgewertet werden kann.
  • Ein weiteres Merkmal betrifft die Gesamtenergie in dem Messwertfeld, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform die gemessenen Temperaturwerte an jeder Sensoreinheit mit ihrer 4. Potenz gewichtet und anschließend der Mittelwert über alle Sensoreinheiten gebildet wird. Die Gesamtenergie ist entsprechend dem Stefan-Boltzmann-Gesetz zu dieser Größe proportional. Durch die Gewichtung mit der 4.Potenz führen auch kleine Bereiche in dem Messwertfeld mit überhöhten Temperaturen zu einer signifikanten Änderung der Gesamtenergie. Ebenfalls ist der zeitliche Verlauf der Gesamtenergie über mehrere Messwertfelder als mögliches Merkmale geeignet. Besonders bevorzugt wird der zeitliche Verlauf der Gesamtenergie über die Zeit integriert.
  • Ein weiteres mögliches Merkmal betrifft die Anzahl von Sensoreinheiten in einem Messwertfeld über einer Grenztemperatur, wodurch die Größe oder Ausdehnung eines Brandes oder eines anderen heißen Objekts relativ zum gesamten Überwachungsbereich erkannt werden kann. Diese Methode bietet eine gute Möglichkeit, Störgrößen mit kleiner Oberfläche, wie Zigaretten oder ein Teelicht, von den großflächigeren Bränden zu unterscheiden. Ein weiteres mögliches Merkmal betrifft den zeitlichen Verlauf der Anzahl von Sensoreinheiten über mehrere Messwertfelder über einer Grenztemperatur, wodurch beispielsweise eine Ausdehnung eines Brandes und die Geschwindigkeit der Ausdehnung registriert werden kann.
  • Ein weiteres Merkmal betrifft die Durchschnittstemperatur aller Einträge oder Pixelwerte eines Teilbereichs (hot spot) mit Einträgen oder Pixelwerten über einem Schwellenwert. Dieses Merkmal nutzt eine zweistufige Analyse, wobei zunächst Teilbereiche in dem Überwachungsbereich mit Einträgen über einem Schwellwert extrahiert werden und in einem zweiten Schritt die Durchschnittstemperatur in diesem Teilbereich bestimmt wird. Ein weiteres mögliches Merkmal betrifft den zeitlichen Verlauf dieser Durchschnittstemperatur. Der Vorteil dieser Auswertung liegt in der höheren Aussagekraft des Merkmals gegenüber der Durchschnittstemperatur des ganzen Raumes.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht nach der Identifikation der "Hot Spots", dass diese über die Zeit verfolgt werden (tracking) und diese unabhängig voneinander untersucht werden, Die verschiedenen hot spots können anhand ihrer Position voneinander unterschieden werden.
  • Ein weiteres mögliches Merkmal betrifft das Verhältnis zwischen einer maximalen Höhe und einer maximalen Breite eines Teilebereichs mit Einträgen oder Pixelwerten über einem Schwellenwert (hot spot). Bei diesem Merkmal wird die typische Form eines offenen Feuers im Vergleich zu Störgrößen ausgenutzt.
  • Weitere mögliche Merkmale betreffen die Positionsänderung von Teilbereichen (hot spot) mit Einträgen oder Pixelwerten über einem Schwellenwert, die Positionsbestimmung eines Brandherds und/oder die Ermittlung von Flackerfrequenzen von Teilbereichen, da z.B. offene Feuer eine typische Flackerfrequenz von ca. 3 Hz aufweisen, welche beispielsweise durch eine Fouriertransformation der Sensorsignale erkannt werden kann.
  • Alle, einige, insbesondere eine Auswahl der genannten Merkmale werden in ihrer Gesamtheit von dem Detektionsmodul bewertet. Bei der Bewertung bieten sich z.B. einfache Verfahren an, bei denen jedes Merkmal, dessen Wert über einem Grenzwert liegt, mit einer 1 und andernfalls mit einer 0 bewertet wird. Übersteigt die Anzahl der mit 1 bewerteten Merkmale einen weiteren Grenzwert, so wird auf einen Brandzustand geschlossen. In Weiterbildung dieses Verfahrens können die Bewertungen der Merkmale auch gewichtet werden, um signifikante Merkmale vor weniger signifikanten Merkmalen hervorzuheben.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Blockdarstellung eines Brandmeldesystems mit mehreren Brandmeldern;
    Figur 2
    ein Blockschaltbild eines Brandmelders aus der Figur 1;
    Figur 3
    einen Graphen zur Illustration des Merkmals "Maximaltemperatur";
    Figur 4
    einen Graphen zur Illustration des Merkmals "Durchschnittstemperatur";
    Figur 5
    einen Graphen zur Illustration des Merkmals "Gesamtenergie";
    Figur 6
    einen Graphen zur Illustration des Merkmals "Verhältnis Höhe/Breite";
    Figur 7
    einen Graphen zur Illustration des Merkmals "Durchschnittstemperatur im Hotspot";
    Figur 8
    einen Graphen zur Illustration des Merkmals " Anzahl von Sensoreinheiten/Pixeln/Einträgen in einem Hotspot".
  • Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung ein Brandmeldesystem 1 mit mehreren Brandmeldern 2. Die Brandmelder 2 sind in einem Raum 3 als Überwachungsbereich angeordnet und dienen zur Detektion eines Brandes 4.
  • Das Brandmeldesystem 1 umfasst eine Brandmeldezentrale 5, mit der die Brandmelder 2 über eine Feldbus oder ein Netzwerk 6 verbunden sind. Die Brandmeldezentrale 5 kann noch mit weiteren, nicht gezeigten, auch andersartigen Brandmeldern verbunden sein. Über das Netzwerk 6 werden Zustandsinformationen der Brandmelder 2 übertragen, insbesondere wird als Zustandsinformation ein Brandzustand sowie weitere Metadaten zu diesem Brandzustand übertragen.
  • Die Brandmelder 2 sind als Baueinheiten ausgebildet, welche gemäß der Figur 1 zum Beispiel für eine Wandmontage oder Deckenmontage, insbesondere für eine Über-Putz-Montage oder Unter-Putz-Montage eingesetzt werden können. Die Brandmelder 2 weisen einen Erfassungsbereich α von zum Beispiel 40 Grad oder 60 Grad auf, bei abgewandelten Ausführungsformen können die Brandmelder 2 auch als 360-Grad-Brandmelder ausgebildet sein. Hierzu können die Brandmelder 2 ein Fischaugenobjektiv oder DOME-Objektiv aufweisen.
  • Die Figur 2 zeigt einen der Brandmelder 2 in einer schematischen Darstellung. Der Brandmelder 2 umfasst eine Sensoreinrichtung 7, welche ein Sensorfeld mit einer Vielzahl von Sensoreinheiten umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Sensorfeld aus Bolometern oder Mikrobolometern. Das Sensorfeld ist zur Detektion von Wärmestrahlung in einem IR-Wellenlängenbereich ausgebildet, insbesondere ist diese oberhalb einer Wellenlänge von 3 µm oder 5 µm sensitiv. Das Sensorfeld ist beispielsweise mit 30 x 40 Sensoreinheiten, insbesondere Bolometern, oder mit 100 x 150 Sensoreinheiten bzw. Bolometern ausgestattet. Mit dieser Auflösung des Sensorfelds in der Sensoreinrichtung 7 ist zwar eine ortsaufgelöste Überwachung, jedoch keine detailgenaue Überwachung des Überwachungsbereichs 3 möglich. Dies ist auch nicht notwendig, da der Brandmelder 2 keine Details des Umgebungsbereichs 3 aufnehmen soll, sondern nur die Existenz eines Brandes 4 erfassen soll. Auf der anderen Seite werden durch die geringe Anzahl von Sensoreinheiten in der Sensoreinrichtung 7 deutlich Herstellungskosten gegenüber üblichen Infrarotkameras mit Auflösungen von 480 x 640 Pixeln erreicht. Um eine Ortsauflösung des Brandmelders 2 in dem Überwachungsbereich 3 umzusetzen, ist der Sensoreinrichtung 7 eine Abbildungseinrichtung 8, z.B. ein optisches System, vorgeschaltet. Die Abbildungseinrichtung 8 ermöglicht es, dass der Überwachungsbereich 3 innerhalb des Sichtwinkels α auf die Sensoreinrichtung 7 abgebildet wird. Das Sensorfeld, insbesondere das Bolometerfeld, kann so kalibriert werden, dass die Sensoreinrichtung 7 als Sensorsignale ein Bild des Überwachungsbereichs 3 mit Temperaturwerten als Pixelwerte als ein Messwertfeld mit einer flächigen Auflösung oder Ortsauflösung bereitstellt.
  • Die Sensorsignale der Sensoreinrichtung 7, ausgebildet als Messwertfelder mit Temperaturwerten oder als Temperaturbilder, werden an eine Auswerteeinrichtung 9 übergeben, welche ein Merkmalextraktormodul 10 und ein Detektionsmodul 11 aufweist.
  • Die Auswerteeinrichtung 9 ist als ein Mikroprozessor realisiert, der - im Vergleich zu einem DSP - einen geringeren Energieverbrauch aufweist und sich durch niedrige Kosten auszeichnet. Durch die Reduktion der Anzahl der Sensoreinheiten in der Sensoreinrichtung 7 sowie der nachfolgenden beschriebenen Auswertealgorithmen wird erreicht, dass ein kostengünstiger Mikrocontroller eingesetzt werden kann.
  • Das Merkmalextraktormodul 10 untersucht die Sensorsignale auf eine Mehrzahl von Merkmalen, die nachfolgend beschrieben werden. Die Merkmale mit ihren Kenngrößen werden an das Auswertemodul 11 übergeben, wobei durch Auswertung der Merkmale in ihrer Gesamtheit eine Entscheidung getroffen wird, ob ein Brandzustand oder ein Normalzustand in dem Überwachungsbereich 3 vorliegt.
  • In einer einfachen Ausführungsform des Auswertemoduls werden die Kenngrößen der Merkmale mit vorab-definierten Schwellenwerten verglichen, wobei eine Logiktabelle gebildet wird, in der Merkmale mit überschrittenen Schwellwerten mit 1 und mit nicht überschrittenen Schwellwerten mit 0 geführt werden. Wird eine zuvor festgelegte Anzahl von Schwellwerten überschritten, so wird ein Brandzustand angenommen.
  • Eine weitere Möglichkeit ist die verschiedene Gewichtung von Merkmalen, wobei die besonders geeigneten Merkmale zur Unterscheidung von Bränden und Störungen am stärksten gewichtet werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von fuzzy logic zur Verrechnung der Einzelwahrscheinlichkeiten zu einer Gesamtwahrscheinlichkeit für einen Brandzustand.
  • Es ist auch möglich, dass das Auswertemodul 11 einen Klassifikator enthält, der im Vorfeld mit Sensorsignalen von echten Brandherden und von Störgrößen, wie zum Beispiel glimmenden Zigaretten, heißen Herdplatten, Kerzenlicht etc. trainiert wird. Derartige Trainingsmethoden von Klassifikatoren sowie Auswertung von Klassifikatoren sind zum Beispiel aus der digitalen Bildverarbeitung ausreichend bekannt, so dass die Umsetzungen in Anlehnung zur digitalen Bildverarbeitung erfolgen können.
  • Das Ergebnis des Auswertemoduls 11 - insbesondere das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein eines Brandzustandes - wird an eine Schnittstelle 12 zu dem Netzwerk 6 übergeben und damit dem Brandmeldesystem 1 gemeldet.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass die Auswertung der Sensorsignale innerhalb des Brandmelders 2 erfolgt und über das Netzwerk 6 nur die Auswerteergebnisse, insbesondere die Information Brandzustand/Normalzustand weitergegeben wird.
  • Die Figur 3 zeigt in einem schematischen Graph die zeitlichen Verläufe des Merkmals "Maximaltemperatur" eines Schwelbrands 13 und eines offenen Feuers 14. Das Merkmal "Maximaltemperatur" wird wie folgt ermittelt. Aus einem Messwertfeld der Sensoreinrichtung 7 wird die Sensoreinheit oder das Pixel mit dem höchsten Temperaturwert bestimmt. In dem Graph der Figur 3 ist die derart bestimmte Maximaltemperatur über die Zeit aufgetragen. Bei dem offenen Brand 14 ist deutlich zu erkennen, dass die Maximaltemperatur schnell auf bis zu 500°C ansteigt, wobei oberhalb von 500°C die Elektronik gesättigt ist. Damit stellt das Merkmal Maximaltemperatur eine hohe Signifikanz für den offenen Brand 14 dar. Doch auch bei dem Schwelbrand 13 steigt die Maximaltemperatur auf über 100°C, so dass eine mittlere Signifikanz gegeben ist.
  • Ein weiteres Merkmal ist der zeitliche Verlauf der Maximaltemperatur, wobei der Kurvenverlauf sowohl des Schwelbrands 13 als auch des offenen Feuers 14 einen signifikanten Anstieg in dem Zeitbereich um 200 s zeigen. Damit kann die Ableitung des zeitlichen Verhaltens der Maximaltemperatur ebenfalls als ein Merkmal herangezogen werden. Es ist ergänzend darauf hinzuweisen, dass der Abfall des Kurvenverlaufs des Schwelbrands 13 und des offenen Feuers 14 durch die geringe Menge an Brenngut bedingt ist.
  • Die Figur 4 zeigt einen Graphen in gleicher Darstellung wie in der Figur 3, wobei jedoch der zeitliche Verlauf der Durchschnittstemperatur aller Sensoreinheiten der Sensoreinrichtung 7 dargestellt ist. Hier zeigt der Kurvenverlauf des offenen Feuers 14 wieder eine hohe Signifikanz, der Kurvenverlauf des Schwelbrandes 13 ist dagegen wenig signifikant. Optional ergänzend kann - zumindest für das offene Feuer 14 - wieder die zeitliche Ableitung eingesetzt werden.
  • Die Figur 5 zeigt einen nächsten Graphen in gleicher Darstellung wie in den vorhergehenden Figuren, wobei in diesem Graphen eine Integration der Gesamtenergie in beliebigen Einheiten (arbitrary units) dargestellt ist. Bei der Gesamtenergie werden die Temperaturwerte mit dem Faktor 4 potenziert, um gemäß dem Stefan-Boltzmann-Gesetz die Energie zu erhalten, und anschließend der Mittelwert über alle Pixel gebildet. Die proportionalen Faktoren werden zur Vereinfachung nicht mitgenommen. Der Kurvenverlauf für das offene Feuer 14 ist sowohl signifikant bei der Überschreitung eines Schwellwerts als auch bei der Steigung, so dass dieses Merkmal aussagekräftig ist. Ein weiteres, mögliches signifikantes Merkmal ist durch den exponentiellen Anstieg der Kurve 14 zu Beginn des Brandes gegeben.
  • In der Figur 6 ist in gleicher Darstellung wie in den vorhergehenden Figuren das Verhältnis von Höhe zu Breite eines Teilbereichs des Messwertfeldes aufgetragen, wobei der Teilbereich Einträge oder Pixel mit Temperaturwerten oberhalb eines Schwellwerts aufweist. Auch hier ist bei dem offenen Feuer 14 eine signifikante Erhöhung über 1 zu erkennen, wohingegen der Schwelbrand 13 mit weniger Signifikanz unterhalb des Wertes 1 verbleibt. Diesem Merkmal liegt die Überlegung zugrunde, dass gerade ein offenes Feuer aufgrund der tatsächlichen Erscheinungsform üblicherweise ein Verhältnis größer 1 aufweist.
  • In der Figur 7 ist die Durchschnittstemperatur von Pixeln oder Einträgen in einem Teilbereich des Messwertfeldes aufgetragen, wobei der Teilbereich Einträge oder Pixel mit Temperaturwerten oberhalb eines Schwellwerts aufweist. Hier zeigen sowohl der Kurvenverlauf des offenen Feuers 14 als auch des Schwelbrands 13 einen signifikanten Verlauf, so dass aus dieser Auswertung ein mögliches Merkmal hinsichtlich der Überschreitung eines Schwellwerts für die Durchschnittstemperatur als auch für deren zeitlichen Verlauf gewonnen werden kann.
  • In der Figur 8 ist die Anzahl n der Einträge oder Pixel in einem Teilbereich des Messwertfeldes aufgetragen, wobei der Teilbereich Einträge oder Pixel mit Temperaturwerten oberhalb eines Schwellwerts aufweist. Auch hier zeigt der Kurvenverlauf des offenen Feuers 14 ein sehr signifikantes Verhalten, wohingegen der Kurvenverlauf des Schwelbrands 13 nur eine mittelmäßige Signifikanz aufweist, so dass auch die Anzahl n oder deren zeitlichen Verlauf als mögliche Merkmale verwendet werden können.

Claims (8)

  1. Brandmelder (2), insbesondere für ein Brandmeldesystem (1), zur Überwachung eines Überwachungsbereichs (3),
    insbesondere mit einer Schnittstelle (12) zur Kommunikation mit dem Brandmeldesystem (1),
    mit einer Sensoreinrichtung (7) zur ortsaufgelösten Aufnahme des Überwachungsbereichs (3) in einem IR-Wellenlängenbereich und zur Ausgabe von Sensorsignalen,
    mit einer Auswerteeinrichtung (9) zur Ermittlung eines Brandzustands durch Auswertung der Sensorsignale der Sensoreinrichtung (7), wobei insbesondere der Brandzustand über die Schnittstelle (12) an das Brandmeldesystem (1) übertragen wird,
    wobei die Sensoreinrichtung (7) ein Sensorfeld umfasst, welche als Sensorsignale ein Messwertfeld ausgibt, wobei das Sensorfeld als ein Bolometerfeld ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Sensorfeld weniger als 20.000, vorzugsweise weniger als 10.000, insbesondere weniger als 5.000 Sensoreinheiten aufweist,
    wobei die Auswerteeinrichtung (9) ein Merkmalsextraktormodul (10) und ein Detektionsmodul (11) aufweist, wobei das Merkmalsextraktormodul (10) ein Merkmal oder eine Mehrzahl von Merkmalen aus dem Sensorsignal extrahiert und das Detektionsmodul (11) auf Basis des oder der Merkmale einen Brandzustand oder einen Normalzustand in dem Überwachungsbereich (3) detektiert,
    wobei ein Merkmal die Durchschnittstemperatur in einem Teilbereich des Messwertfelds mit Einträgen oder Pixelwerten über einem Schwellenwert betrifft.
  2. Brandmelder (2) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Wand- oder Deckengehäuse zur Anordnung des Brandmelders in dem Überwachungsbereich (3).
  3. Brandmelder (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Merkmal eine Maximaltemperatur in dem Messwertfeld und/oder den zeitlichen Verlauf der Maximaltemperatur über mehrere Messwertfelder betrifft.
  4. Brandmelder (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Merkmal eine Durchschnittstemperatur in einem Messwertfeld und/oder den zeitlichen Verlauf der Durchschnittstemperatur über mehrere Messwertfelder betrifft.
  5. Brandmelder (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Merkmal eine Gesamtenergie in einem Messwertfeld und/oder den zeitlichen Verlauf der Gesamtenergie über mehrere Messwertfelder betrifft.
  6. Brandmelder (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Merkmal eine Anzahl von Sensoreinheiten in einem Messwertfeld über einer Grenztemperatur und/oder dem zeitlichen Verlauf Anzahl von Sensoreinheiten über mehrere Messwertfelder über eine Grenztemperatur betrifft.
  7. Brandmelder (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Merkmal das Verhältnis Höhe/Breite eines Teilbereichs in dem Messwertfeld mit Einträgen oder Pixelwerten über einem Schwellenwert betrifft.
  8. Brandmelder (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionsmodul (11) eine Mehrzahl von Merkmalen in der Gesamtheit bewertet, um den Brandzustand oder den Normalzustand zu detektieren.
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