WO2013014577A2 - Verfahren zur herstellung eines rauchdetektors vom offenen typ und rauchdetektor - Google Patents
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Definitions
- the invention relates, on the one hand, to a method for producing an open-type smoke detector (“smoke detector”) comprising at least one light-emitting element and at least one light-detecting element in an open housing and a power supply unit and a control unit, the method comprising a calibration procedure relates to an open-type smoke detector comprising a control unit including power supply and signal processing electronics and at least one remote detection unit having at least one light emitting element and at least one light sensing element in an open housing, and a smoke detection system.
- smoke detector open-type smoke detector
- the technical field of smoke detectors is characterized by a high level of sophistication and includes various types of smoke detectors, most notably those of the closed type (having a substantially closed detection chamber) and those of the open type (having a space open housing). From the Applicant's point of view, in the extensive state of the art, insofar as it concerns individual smoke detectors, the following publications are worth mentioning in particular: WO2005069242, GB2410085, DE10104861, DE10118913,
- a smoke detector which operates according to the scattered radiation principle and comprises at least one radiation transmitter and at least one radiation receiver whose radiation paths penetrate a scattering volume. Two pairs of radiation transmitters / receivers are used which form two separate scattering volumes at the same distance from the detector surface.
- the fire detector also includes a pair of radiation transmitters / radiation receivers for dust compensation.
- a smoke detector which has a shielding cover window to protect the radiation transmitter and radiation receiver.
- the cover window which excludes waveguiding effects in the window and prevents light from passing directly to the radiation receiver, without being scattered in the controlled volume.
- DE 10104861 a smoke detector with detection chamber is described, which operates according to the scattered radiation and transmission light radiation principles. This detector is available as a variant for detection in a free space litter volume without a detection chamber. The detector has automatic compensation for stable levels of smoke, dust on its surface.
- DE 10118913 describes a smoke detector of the free-space scattered light type having a plurality of detection volumes, which are organized by a system of lenses and radiation transmitter and radiation receiver arrays.
- WO 2008017698 a smoke detector is described which uses two different wavelengths for smoke detection and detection between different types of smoke. Two different receivers are directed at different angles on the transmitter central axis.
- US 20040066512 describes a smoke detector with a smoke chamber which has two diodes emitting in different spectral ranges, preferably for IR (about 880 nm) and blue light (about 400 nm), and two receiving diodes.
- the emitter and receiver diodes are located with un ⁇ teretzlichen angles on a flat surface so that forward scattered radiation reaches a receiving diode, and back scattered radiation reaches the other receiving diode.
- the detector has good performance for both white and black smoke.
- US 20080246623 describes an open-type smoke detector in which two emission elements are arranged at different angles and polarization planes are used to distinguish between different types of scattered radiation from the controlled region.
- EP 1619640 a smoke detector of the open type is described with a very simple circuit arrangement in which two signals from two emission diodes are measured at different angles. The main process steps are performed by a microprocessor. There is also a temperature sensor provided.
- the invention has for its object to provide a method for producing a smoke detector, which allows efficient deployment of flexible and diverse conditions usable and this reliable and precise working smoke detectors. Furthermore, the invention is The object of the invention to provide a flexible and efficient in various detection systems detectable smoke detector and a correspondingly flexible and efficient detection system.
- the first object is achieved by a method having the features of claim 1 and the last-mentioned task by a smoke detector having the features of claim 8 or by a smoke detection system having the features of claim 11.
- a smoke detector having the features of claim 8
- a smoke detection system having the features of claim 11.
- the invention includes in its method aspect the idea of providing and operating the smoke detector - preferably simultaneously a plurality of smoke detectors - in a large space, together with a calibrated smoke density meter and in connection to a calibration control unit via a bidirectional communication channel and optionally to the calibrated smoke density meter one. It is further contemplated by this invention to successively fill the space with smoke and in response to detection by the calibrated smoke density meter of a first predetermined value of smoke density, instructing the smoke detector to store its own current detection signal or transmit it to the calibration Control unit and instructing the calibrated smoke density meter to transmit its signal to the smoke detector or to the calibration control unit.
- This data transfer step is followed by making a comparison between the detection signals of the smoke detector and the calibrated smoke density meter, accompanied by an adjustment of the power supply unit of the smoke detector such that its detection signal is made equal to the detection signal of the calibrated smoke density meter to a first calibrated measuring point of the Receive smoke detector, and storing the corresponding adjusted power supply parameters.
- the method includes repeating the steps of transmitting, comparing, and adjusting the power supply unit a predetermined number of times for further calibrated measurement points and corresponding sets receive and store power supply parameters of the smoke detector, and finally provide a calibrated operation of the smoke detector using the stored sets of power supply parameters.
- An advantageous embodiment of the method provides for a fine calibration, which starts from the calibration procedure explained above and proceeds with constant removal of the smoke from the test room.
- the embodiment includes repeating the steps of data transmission, data comparison, and adjustment of the power supply unit a predetermined number of times during the gradual reduction in smoke density to obtain a number of finely calibrated measurement points and corresponding sets of refined power supply parameters and store those parameters ,
- the design eventually results in providing a second calibrated operation of the smoke detector, utilizing the stored sets of refined power supply parameters.
- the smoke is obtained by burning a real sample in the room and removed from the room by operating a mechanical suction device.
- a further refinement of the proposed method involves obtaining corresponding smoke detector signals at at least two different temperatures in a vanishing or constant smoke density atmosphere, comparing the smoke detector signals, adjusting the power supply so that the smoke detector signals become the same at the different temperatures, storing the respective ones T-adjusted power supply parameters in relation to the different temperatures, and providing a T-calibrated operation using the stored T-adjusted power supply parameters.
- An alternative, simplified procedure provides, instead of a detector-specific calibration procedure, the implementation of a calibrated calibration procedure. operating sequence using stored sets of power supply parameters, which was determined by a method according to one of the preceding claims for at least one other smoke detector.
- the method includes a replacement calibration procedure using a smoke density equivalent (such as glass).
- the proposed according to the apparatus aspect of the present application smoke detector is based on the idea of a structural separation Zvi ⁇ rule the power and signal processing components of a smoke detector and its actual detector array. It thus comprises a control unit, which contains a power supply and signal processing electronics, and at least one remote detector unit having at least one light emitting element and at least one light detection element in egg ⁇ nem open housing, and a bidirectional communication connection (a first level) between the remote detector unit or the detector units and the control unit.
- the communication link of the first level has an optical fiber connection or radio connection.
- a communication technology advantageously constructed embodiment is characterized in that the communication link of the first level has a serial connection between the control unit and the remote detector units, wherein only a portion of the remote detector units, preferably only a remote detector unit, is connected directly to the control unit during each of the remaining remote detector units is connected to the controller via a directly connected remote detector unit.
- the proposed smoke detection system comprises a plurality of the above-described smoke detectors and a system control station, and a bidirectional communication link (a third level) between at least one of the smoke detectors and the system control station.
- the control units of the smoke detectors each other by a wired bi-directional Kom ⁇ munikationstress are connected, and only a part of the control units, preferably only one control unit is directly connected to the system control station, while the remaining control units via a directly connected control unit with the system control station verbun ⁇ the.
- the third level communication connection is preferably an optical fiber or radio connection based on the IP or Ethernet protocol.
- the system control station is connected to the control units of the smoke detectors and the temperature detectors and / or flame detectors and / or combined detectors in a user-defined configuration. It has inputs for receiving signals from all connected units and detectors, as well as a central processing unit for summarizing and evaluating signal processing of the received signals, in particular including statistical analysis and / or data filtering for noise removal, and for outputting a system output signal Result of this processing is formed.
- 1 is a functional diagram of an embodiment of the smoke detector
- FIG. 2 shows an implementation variant of the voltage stabilization means in the smoke detector according to FIG. 1, FIG.
- FIG. 3 is a detailed representation of analog and digital components of the smoke detector of FIG. 1,
- FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an exemplary geometric configuration of essential elements of the smoke detector
- FIG. 6 shows a combined representation for further explanation of the geometric configuration
- 7A to 7C further representations for explaining the mechanical structure of an embodiment of the smoke detector according to the invention
- FIG. 8 is a schematic diagram of the geometric configuration of another embodiment .
- FIG. 10 shows a combined representation for further explanation of the geometric configuration according to FIG. 9, FIG.
- FIG. 11 shows a combined illustration of an embodiment modified from FIG. 10, FIG.
- FIG. 13 is a schematic diagram of the geometric configuration of another embodiment
- Fig. 16 is a schematic diagram of the geometric configuration of another embodiment
- FIG. 17 is a schematic diagram of a multi-part smoke detector as part of a smoke detection system
- Fig. 18 is a further schematic representation of a multi-part constructed smoke detector as part of a smoke detection system
- FIG. 19 is a schematic diagram of an embodiment of a novel smoke detection system.
- Fig. 1 shows the basic structure of a smoke detector according to the invention SD1.
- a power supply voltage Vin is applied to the voltage stabilizer STV1 and an energy storage circuit PAC.
- the voltage stabilizer STV1 is necessary if we have a power supply from a network in which the voltage can change over time.
- the STV 1 is connected to a digital unit DU.
- a new feature of this technical solution is that the DU digital unit can monitor the power supply in the STV1 and the PAC via an analog-to-digital converter ADC and take over power supply management.
- the switch-on switching elements KE1, KE2, KE3, KE4 switch on automatically, and the supply voltage reaches the voltage stabilizer STV and the digital unit DU.
- the main switching element KE turns off, whereby the analog unit AU is disconnected.
- a microprocessor MP in the DU now receives power and begins operation. The MP then waits until the storage capacitors C1 and C2 are fully charged, and turns off the switching elements KE1 and KE4.
- the whole circuit receives only from the storage capacitor Cl a supply which is disconnected from the network.
- the MP analyzes the voltage applied to the Cl via the ADC, and when it reaches a certain minimum level, the MP switches off the switching elements KE2, KE2 and then switches the switching elements KE1, KE4. Now the whole circuit receives only from the storage capacitor C2 a supply.
- Voltage divider VD 1 and voltage divider VD 2 use operational amplifiers to bring a split supply voltage into the operating range of the ADC.
- the operational amplifiers achieve better energy savings in this case. It is as if stress is shared with a pair of resistors, though one can go that way as well.
- the resistances R2 and R4 are the same and they can be sufficiently different from R1 and R3. This makes it possible to minimize the power consumption from the line and to make the consumption more even without peaks in the supply line. For example, the power consumption of the DU is low when the MP is busy with simple tasks, and the MP can get power from the Cl for a fairly long time and rarely switches to the C2.
- the MP has to perform a smoke density measurement and switches the supply to the freshly charged C2, then turns on the main switching element KE so that the analog unit AU can operate and then the measurement takes place.
- the use of energy from the C2 is much stronger than from the Cl and has a sufficiently shorter duration. As a result, there is an even consumption from the external source, and this power consumption is constantly controlled.
- the smoke detector can draw its power from a battery, and the battery voltage is constantly measured by the MP to alert a user when it reaches its limit.
- the MP By switching off the analog unit by means of the main switching element KE, the MP achieves a high power saving, and if long-life lithium batteries are used, 5 years of operation can be guaranteed without battery replacement. It is planned to use solar panels for even better power savings and operation without mains connection.
- the digital unit DU can be disconnected from the analog unit AU so that any radio frequency from the microprocessor does not transition to the supply for the AU and also an abrupt switching of MP terminals does not cause jumps in the AU supply level leads.
- the AU can also be powered by its own storage capacitors and its own voltage stabilizer, managed by the MP in the STV1.
- the microprocessor MP performs a power management on the power ⁇ memory circuit PAC.
- This circuit has storage capacitors and is intended for powering light-emitting elements. It is necessary for the emitting diodes to receive a high current from the power storage circuit PAC for a short time. Such a high current may make the voltage in a supply line low and may even exceed the battery resources when powering a device therefrom. That's why power storage and management is so necessary in this case.
- the digital unit DU turns on, then the analog unit AU turns on and operates for a certain time to obtain stable results, then the MP searches for a timing suitable for measurements, and only after that the light emitting elements become simultaneously controlling the current level switched on.
- the switching of light-emitting elements during a short series of pulses is known per se. What is new about the proposed device is that the pulse duration is used to achieve one and the same performance for the measurement circuit in a very broad temperature range.
- a communication bus e.g., a CAN interface, but any device can also be connected directly to a PC via a USB bus, and an Ethernet or radio channel connection is also possible as an option.
- the system is instructed to transmit that data to the detectors, and they then store that data along with their respective measured density value.
- a lower threshold eg, 0.05 db per 1 meter
- all detectors set their current in the STC current regulator via the DAC2 in the digital unit (drawing 3) so that their reading is equal to the value received from the PC.
- the smoke density increases very slowly, you can score so many points get what you want, creating a whole calibration table in the memory of the detectors.
- the smoke density reaches its high level (eg, 0.2 dB per 1 meter), calibration is terminated because it is assumed that the detectors will no longer analyze the situation beyond this point.
- the level of current flowing through the LEDs can vary significantly with temperature.
- light-emitting diodes have very good stability and a temperature-induced change in their light intensity can be disregarded.
- analog components in the current control circuit can change their characteristics. For example, using a FED to open the flow of current through light emitting elements, its response to a particular level from the DAC2 may change sufficiently due to temperature, even if the DAC2 is at the same level of power (but its level is also high) Temperature will change). That is why data obtained under normal conditions should be checked and updated for the entire temperature range. This can be done in a temperature chamber using only 2 smoke densities (or even without smoke).
- the detectors may be placed in a temperature chamber (without smoke) and the data on the current in the STC from the ADC compared to data transferred to the DAC2 to achieve that current in the STC.
- thermometer unit TU is included in the device. It is primarily intended for calibration and temperature compensation during use. However, they can also be used as temperature detectors of the maximum / differential type for better fire detection.
- Fig. 4 shows a group EE1 of light-emitting elements arranged on a hyperbola.
- the light passes from it at angles of ⁇ 5 ° to the detection area, but each smoke particle in the area receives light only from one direction, the line that guides this particle. kel and the emitting diode connects.
- each particle receives light from 3 slightly different directions. This gives a higher probability that light will strike a reflective edge of the smoke particle.
- the proposed smoke detector combines light from several universal diodes only in a very narrow range, approx. 20 cm from the ceiling. Outside this zone, the light from the three diodes splits into three different beams, loses energy rapidly as distance increases, and is not dangerous to the eyes.
- the light-emitting diodes EE1 of group 1 in FIG. 4 are located on a hyperbola. This is because the light from all diodes should be directed onto the optical axis of the sensor element SEI at the same angle.
- the standard recommended angle is 110 °.
- the light emitting elements may be a composite (not just diodes), ie. one can use diodes together with a lens or optical prism or other optics. In some applications, one uses an optical fiber, in other applications a special plastic prism that makes the surface of the emissive element flat and level with the surface of the detector. In simple applications, the emitting element is just a diode with its own lens inserted into a narrow channel in the housing (the same solutions apply to the sensor elements).
- the sensor elements of group SEI can also be arranged (as a group) on a curve. This can help to avoid obstacles such as flying insects or flies sitting on the diodes. However, the basic version has only one photodiode SEI.
- a light-emitting element TEE has been included for test purposes (see FIG. 4).
- the light-emitting element for test purposes is necessary because if there is no smoke in the detection area, no response and no optical signal are returned. That's why the photodiode is being tested to see if it works properly and just can not be detected in the area.
- This diode TEE is only used to prove that the photodiode is active in the sensor element SEI.
- the light-emitting element for test purposes can be arranged not only on the surface of the detector but also in it, in which case light is transmitted to the rear part of the sensor element SEI. There is no need for the light emitting elements to test emitted light because one can measure the current flowing through these diodes, and where there is power there is also light.
- sensor elements SEI and SE2 can be seen in FIG. 4.
- the main sensor element is SEI, it receives light from the detection area and we make measurements based on signals from the SEI.
- the sensor element SE2 is directed away from the detection area, it does not receive signals from the light-emitting elements EE1. Its optical axis forms in one and the same direction but at a certain distance from each other (see Fig. 6) substantially the same angle with the surface of the detector as the opti ⁇ cal axis of the SEI.
- the task of the sensor element SE2 is to protect the device from sunlight and artificial light. When sunlight falls on the detector, both the SEI and SE2 receive this signal because sunlight is always a parallel beam of light.
- the functional diagram (FIG. 3) shows that signals from the light-sensing elements SEI and SE2 pass through separating capacitors SCI and SC2 and then go to a summer S1.
- the isolation capacitors are designed to eliminate a constant offset of CVC1 and CVC2 converters, as well as to eliminate constant background light.
- signals are subtracted from the SEI and SE2 in the summer SI, because the SE2 is inverted at the input of the summer S1.
- This solution helps to eliminate the rest of sunlight and achieve a perfect balance against natural and artificial light sources. This is important because sunlight in practice undergoes modulation from the atmosphere, and simply disconnecting a constant level with a cut-off capacitor does not always provide relief. Even though there is a nearby lamp, there are vibration-modulating light modulations. With the proposed solution this is completely excluded.
- each light detection element is connected to its own current / voltage converter (CVC1 and CVC2).
- CVC1 keeps the voltage in SEI close to zero, and SE2 generates a current signal in response to light. Then the CVC1 converts signal current into signal voltage. Because of this solution, the device can never be dazzled by a high intensity signal. Usually, a photodiode gets when it gets high light Intensity receives, saturates and can not work for a longer period of time.
- the operation of the summer Sl in Fig. 3 is managed by the microprocessor.
- a signal from the summer Sl goes to the amplifier AI, then to the ACD and finally in digital form to the microprocessor MP.
- This solution helps to balance the dust and achieve absolute immunity to all types of artificial light sources, be it an incandescent lamp, a Hg lamp, halogen lamps or new energy-saving lamps or even power diode light solutions.
- the method of suppressing interference from artificial light sources includes:
- the microprocessor MP turns on both channels (from the SEI and SE2) in the summer S1 and then receives amplified and digitized signals representing the difference between SEI and SE2. If it is a weak source of artificial light, or if this source is at a considerable distance, the signals from SEI and SE2 will be equal and the MP will receive a signal near zero. Then it is safe to take measurements.
- the microprocessor MP observes this situation, recognizes the waves of modulated light from artificial sources, because all the lamps get their power at the industrial frequency of 50 Hz or 60 Hz. With emitted light, this frequency is doubled to 100 Hz and 120 Hz, respectively, because the lamps emit light in both positive and negative half cycles.
- the microprocessor MP finds the time interval in which the signal from the lamps reaches its minimum value, and in this minimum becomes real Measurements of smoke density performed. This method even eliminates such a dangerous source as a Hg 500W searchlight at a distance of 0.5 m. This particular lamp is very critical because it has a broad spectral characteristic and passes through all the optical filters.
- the main method of measuring smoke density involves the following steps:
- the microprocessor MP receives an operating voltage from theistskon ⁇ stanthalter STV1 and starts work.
- the microprocessor MP sends a measurement request to the ADC and receives data back via the voltage ⁇ level of the storage capacitors in STV1 and the current memory circuit PAC. When all capacitors are fully charged, the operation of the AU analog unit is possible. Thereafter, the microprocessor MP constantly performs the power management as described above.
- the microprocessor MP constantly measures the ambient temperature with the aid of the digital thermometer unit TU.
- the microprocessor MP turns on the switching element KE and waits for a predetermined period of time until the analog unit AU enters stable operation.
- the microprocessor MP turns on both channels in summer S1 and receives, via the ADC, a signal from amplifier AI to determine the timing for proper measurement with minimal optical noise, as described above in the Artificial Light Source Control Method.
- the microprocessor MP When the signal from the amplifier AI reaches its minimum, the microprocessor MP turns on a freshly charged storage capacitor C2 in the voltage stabilizer STV1 (and turns off the Cl of the AU, thereby connecting the Cl to the input voltage). In simpler modifications, the microprocessor MP simply monitors only the voltage on the STV1, so that the analog unit AU gets the necessary voltage, and if the stabilized voltage on the analog unit AU differs from a predetermined value, the microprocessor MP calculates this difference and decreases Corrections to received signals. If the microprocessor MP has the correct When it has determined the time for measurements, it sends data about the level of current to the DAC2 that should be produced across the light-emitting elements with respect to the ambient temperature.
- the digital / analog converter DAC2 sets its output according to this data, and this signal goes to the current stabilizer STC. Then, the microprocessor MP turns on the current stabilizer STC and sends measurement current to the light-emitting elements (group EE1 in Fig. 4). Light from the light-emitting elements runs at the same angle to the optical axis of the main sensor element SEI (FIG. 5) through the detection area. Preferably, but not exclusively, the angle is 110 °.
- the light emitting elements (Group 1) send a very short pulse of light (or series of pulses) of known duration and intensity characteristic under the control of the microprocessor MP.
- the light signal reaches the detection area, but there is no smoke and so no light can be scattered by smoke particles.
- obstacles may be in the area, such as nearby walls or rows of containers in warehouses and the like. Like., or hands of cleaning personnel near the detector and on this sitting insects.
- a certain signal from the light-emitting elements can be reflected back from the detection area, and this light reaches the sensor element SEI.
- this light is converted by the SEI into an electrical current signal, which then converts the current / voltage converter CVC1 into a voltage signal. Then only the AC part of this signal passes through the isolating capacitor SCI. The same conversion is done by the SE2, the CVC2 and the SC2. Both channels meet in the summing SI to each other.
- the light signal from this reaches both sensor elements SEI and SE2 and is effectively subtracted in summer S1. Then only high-frequency pulses (above 1 kHz) pass through the separator capacitor SC3 to remove the measuring part from industrial EMI. Stahlept (at frequencies of approx. 50 - 60 Hz or 100 - 120 Hz) to Schütting ⁇ zen. Short duration pulses from the light emitting elements reflected from obstacles in the area then pass through the separator capacitor SC3 and reach the summer S2. The microprocessor MP sends a zero value to the DACl so that the signal from the SC3 goes to the output of the summer S2 unchanged.
- the microprocessor MP sends a command to the ADC to take measurements and receives back data via signals at the output of the summer S2. If a very strong reflection (for example of nearby walls or if one protects a ventilation duct or a narrow channel for electric cables) exists, then the micropro ⁇ zessor receives a significant signal already at this stage. Thus, the microprocessor MP sends a calculated value to the DACl, and the DACI equalizes the noise measured from reflections in the detection area.
- the microprocessor MP sets the level in the DAC1 in advance to the previously calculated value, so that the signal from the DAC1 is subtracted from the signal from the separating capacitor SC3. Since the signals are almost completely balanced, you now need a gain to see a certain significant signal. This is the reason why the microprocessor MP also receives signals from the output of amplifiers A2, A3 and A4 from the ADC, each of which has a certain gain, preferably with stages of x10 (each signal being amplified by 10) at each amplifier , Thereafter, this microprocessor MP will correct data for the DACl and will continue to use that more accurate value.
- the microprocessor MP uses the ADC to measure a signal from an integrator Int which integrates the signal from the A4 during pulses. The result provides an offset value for fine correction, and this data is stored in the MP along with correction data for the DACl (eg, in a ROM or flash memory).
- the microprocessor MP continues to perform measurements at certain intervals, for example, 1 time in 1 second.
- the microprocessor MP determines the duration of short pulses of light (or bursts of pulses) in terms of temperature so that the pulses match the operating frequency of narrow band filters in the amplifiers A2, A3 and A4 (as described in the calibration procedure above). Usually, this duration will be on the order of 15 microseconds under normal conditions.
- the microprocessor MP also determines the light intensity, sends data to the DAC2, and produces the known current in the current stabilizer STC (the data sent to the DAC2 depends on the temperature value, as described above).
- the microprocessor MP controls the real current through the light-emitting elements by means of the ADC. If a light signal from the detection area is scattered by smoke particles, it reaches the sensor element SEI and is converted there into an electrical current signal. Then the current / voltage converter CVC1 converts it into a voltage signal. Only the AC voltage part of this signal passes through the isolating capacitor SCI. The same conversion is done by the SE2, the CVC2, SC2 only on the noise signal.
- a light signal from backlight sources reaches both sensor elements SEI and SE2 and is subtracted in summer S1.
- Short-duration pulses from the light-emitting elements pass through the separating capacitor SC3 and reach the summing S2.
- the microprocessor MP sends a previously calculated value for correcting a noise signal from reflections to the DACl.
- summer S2 the signals are subtracted, and then only the true part of this signal, which corresponds to the real signal of smoke, goes to amplifiers A2, A3 A4 and integrator Int.
- the microprocessor MP layers a measurement request to the ADC and receives all of these signals in digital form.
- the microprocessor MP considers the measuring signal level, subtracting the offset value from the noise, compares the result with the data stored in its memory coefficient table (according Maschinenskalib ⁇ turing Section 3), and calculates the actual smoke density value. Then ver ⁇ the MP equals this value to predetermined threshold values, and if the measured value is greater than a first threshold value, the MP generates an "attention" signal. If this value is for a predetermined time (recommended by regulations) has increased to a second threshold , the MP generates an alarm signal.
- a user may choose to only cross a threshold without time calculation. Or the user may determine that the smoke intensity is differentiated and an alarm is given in case of a sudden signal increase. Or the user may choose to ignore sudden jumps (because of the proximity of the person being moved by the detector), but in this case the detector may perform a series of quick successive measurements effectively eliminating reflections from moving objects. For other applications, a quick response even to low smoke levels is essential (for example, ventilation systems extract almost the entire volume of air and fill rooms with fresh air for 1 minute).
- the microprocessor MP can transmit with the help of an output driver always accurate data on the smoke density to the higher level of the fire protection system. And this is also highly recommended because at the higher level, the receiving unit collects information about smoke density levels from many different detectors and performs statistical analysis, separating numbers that may give rise to suspicion (for example, if there is real smoke near a detector) small source such as a cigarette is detected, but at other detectors only a slow increase in the background noise level can be seen). This is accomplished in one of our many detector unit modifications. That's almost all about the main process.
- the method for dust compensation in the detector includes special design ⁇ solutions, which are shown in Fig. 7.
- the inventors have found that when a groove is made on the circumference of the detector housing to pass through the light emitting elements and sensor elements, reflections of light passing through the reflective edges of the groove from the light emitting elements to the sensor elements are seen even if there is no direct passage of light. It does not matter how big or thin this groove is, it should only pass through the elements with the light emitting and sensing elements located on its inside. So there are several design solutions for dust compensation.
- a first solution you milled a broad oval plane and leave a smooth edge on the circumference in the form of a helix, and in the middle of the housing in the form of a flat circle.
- the second construction solution there are two separate grooves of oval shape, one containing light-emitting elements and the main sensor element SEI, and the second, smaller oval groove containing light-emitting element and the second sensor element SE2.
- a third design solution has only small reflective surfaces near the light-emitting elements and the second sensor element. The small reflective edges in this solution are actually just a continuation of channels in the detector housing into which light-emitting elements are inserted; this is sufficient to obtain a sufficient reflection to the sensor element SEI. All protruding parts are marked hatched in Fig. 7.
- the microprocessor MP first measures the signal from the main sensor element SEI. For this purpose, the microprocessor MP selects a possible time for measurement according to the method for combating artificial light, then measures the signal from the detection area after the main process, and then corrects it. A dust correction is only carried out if there is no risk of fire. Then, the MP transmits a signal to the summer S1 and turns off the channel from the sensor element SE2 to perform only measurements on the SEI. The MP measures that Signal from the SEI and stores it in its memory, then sends a signal to the summer Sl and turns off the channel from the sensor element SEI and the sensor element SE2, to perform measurements only on SE2. Then the MP measures the signal from the SE2 and also stores it in its memory. The MP compares signals from an earlier calibration with newly measured signals and calculates a saturation of the signal due to dust on its surface.
- Smoke detector of open design (variant 1, Fig. 4), smoke detectors of the open design combined with temperature detector (Maximah / differential type) (variant 2, Fig. 13), smoke detectors of the open design, combined with UV - Flame detector (variant 3, Fig. 14), smoke detectors of open design, combined with IR flame detector (sensitive in at least 2 spectral ranges) (variant 4, Fig. 14), smoke detectors of open design, combined with temperature and UV flame detector ( Variant 5, Fig. 15), smoke detector of the open type, combined with temperature and IR flame detector (variant 6, Fig. 15).
- Smoke detector of open design combined with temperature detector, UV flame detector and IR flame detector (sensitive in at least two spectral ranges) (variant 7, Fig. 16).
- variant 11 shows a main indicator unit MU connected to a plurality of remote sensor units RDU1 to RDU4. This is a good solution for the industry, where a large work hall or workshop can be protected as a zone for a fire extinguishing system. This gives users the opportunity to install only one or two detectors with many remote sensor units (up to 30 on a main unit) instead of dozens of separate detectors. This is an exceptionally economical solution.
- the microprocessor MP can make fine adjustments in the amplifiers A2, A3 and A4; this is needed to automatically calibrate the device in the factory.
- the connection between the MP and the integrator is intended to allow the integrator to operate only during known periods of storage of the level of the integrated signal and its reset by the MP.
- a high speed ADC is currently used, but in more cost effective modifications one can use a slower ADC in combination with a peak detector controlled by the microprocessor MP.
- the ADC can be part of the microprocessor.
- the typically weak signal of the light sensing element generally requires high gain factors, but these are inevitably associated with corresponding power consumption and additional noise.
- a primary signal consisting of a positive and subsequent negative half-wave, after filtering and amplification, is processed by inverting the negative half-wave and adding to the positive half-wave.
- parts of the half-waves are hidden, in particular to pass only the central portion with the largest signal amplitude as a useful signal.
- Two different zones can be set up for earlier detection, and for smoke spreading in layers or horizons (see Fig.
- the smoke detector of the open design can be combined with a temperature detector, flame, UV and IR detectors (see Fig. 13, 14, 15, 16).
- the smoke detection system SYS comprises in the exemplary representation of a system control station SCS and three smoke detectors SD1, SD2 and SD3 with fundamentally different structure, which are arranged in different rooms of a building to be monitored.
- the smoke detector SD1 is of the integrated type, with all components housed in a single housing; the smoke detector RD2 is of the two-part type as shown in Figs.
- the smoke detector RD3 may be referred to as a multi-part type having a control unit MU3 and a detector unit RDU3, which contains the transmission and detection elements serving the actual smoke message, still has at least set detector XDU is provided.
- Connections between the Systemkomponen ⁇ th and sub-components are in the general description part mentioned manner as a bidirectional communication connection of a first, second and third level, at least partially on Lichtleitmaschine- or radio-based produced.
- One method of operating such a network is as follows: There is a special program on a laptop or a receiver unit with radio channel, and this program finds a detector from our company as soon as it is turned on. Then the detectors are switched on one at a time and attached to the ceiling according to the project documentation, and no wire connection is needed. The detectors register themselves in the PC, and they get access rights depending on their priority. So you first install "server” messages that forward information from other subordinate detectors to the PC, and the "server” messages must always be in direct view of each other.
- a "server” detector If a "server” detector is separated from others by a wall, it may be necessary to make a short wire connection through the wall to the nearest detector In practice, these wire connections are very short (about 2 m) and can pass through the door entrance Subordinate detectors in each room transmit their information to the "server” detectors, which then pass them through each other to the main PC or just one receiving unit with radio channel. This means that a detector network can be set up in a school without difficulty, without wire connections and costs for its assembly and with considerable savings in hardware.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rauchdetektors vom offenen Typ, der mindestens ein lichtemittierendes Element und mindestens ein Lichterfassungselement in einem offenen Gehäuse und eine Stromversorgungseinheit und eine Steuereinheit aufweist, wobei das Verfahren eine Kalibrierungsprozedur umfasst, sowie einen solchen Rauchdetektor und ein Rauchdetektionssystem.
Description
Verfahren zur Herstellung eines Rauchdetektors vom offenen Typ und Rauchdetektor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft zum einen ein Verfahren zur Herstellung eines Rauchdetektors („Rauchmelders") vom offenen Typ, der mindestens ein lichtemittierendes Element und mindestens ein Lichterfassungselement in einem offenen Gehäuse und eine Stromversorgungseinheit und eine Steuereinheit aufweist, wobei das Verfahren eine Kalibrierungsprozedur umfasst. Des Weiteren betrifft sie einen Rauchdetektor vom offenen Typ, welcher eine Steuereinheit, die eine Stromversorgung und Signalverarbeitungselektronik enthält, und mindestens eine entfernte Detektoreinheit, die mindestens ein lichtemittierendes Element und mindestens ein Lichterfassungselement in einem offenen Gehäuse aufweist, sowie ein Rauchdetektionssystem.
Das technische Gebiet der Rauchdetektoren ist durch einen hohen Entwicklungsstand gekennzeichnet und umfasst verschiedenartige Typen von Rauchdetektoren, von denen vor allem solche vom geschlossenen Typ (mit einer im wesentlichen geschlossenen Detektionskammer) von solchen vom offenen Typ (mit einem raumoffenen Gehäuse) zu unterscheiden sind.
Aus Sicht der Anmelderin sind im umfangreichen Stand der Technik, soweit er einzelne Rauchdetektoren betrifft, vor allem folgende Druckschriften erwähnenswert: WO2005069242, GB2410085, DE10104861, DE10118913,
DE19951403, WO2008017698, US2004/0066512, US6218950,
US2008/0246623, DE19809896, US2002/0080040, WO9916033,
US2006/0202847, WO2004032083, WO1995004338, WO2006024960,
GB2319604 und EP1619640.
Von der sich mit komplexeren Raucherfassungssystemen befassenden Patentliteratur erscheinen der Anmelderin folgende Druckschriften als erwähnenswert: US6075447, EP1555642, GB2357358, WO1993015483, DE19740922,
GB2293472, US6195011 und US20050219045.
In der WO 2005069242 ist ein Rauchmelder beschrieben, der nach dem Streustrahlungsprinzip arbeitet und mindestens einen Strahlungssender und mindestens einen Strahlungsempfänger umfasst, deren Strahlungswege ein Streuvolumen durchdringen. Es werden zwei Paare Strahlungssender/Strahlungsempfänger verwendet, die zwei separate Streuvolumina in ein und demselben Abstand von der Melderoberfläche bilden. Der Feuermelder umfasst auch ein Paar Strahlungssender/Strahlungsempfänger zum Staubausgleich.
In der GB 2410085 ist ein Rauchmelder beschrieben, der ein abschirmendes Abdeckfenster hat, um den Strahlungssender und Strahlungsempfänger zu schützen. Es ist eine Spezialeinrichtung im Abdeckfenster beschrieben, die wellenleitende Effekte im Fenster ausschließt und verhindert, dass Licht direkt zum Strahlungsempfänger durchtritt, ohne im kontrollierten Volumen gestreut zu werden .
In der DE 10104861 ist ein Rauchmelder mit Erfassungskammer beschrieben, der nach den Streustrahlungs- und Übertragungslichtstrahlungsprinzipien funktioniert. Dieser Melder ist als Variante für eine Erfassung in einem Freiraumstreuvolumen auch ohne Erfassungskammer erhältlich. Der Melder hat einen automatischen Ausgleich für stabile Pegel von Rauch, von Staub auf seiner Oberfläche.
In der DE 10118913 ist ein Rauchmelder der Freiraum-Streulichtbauart mit mehreren Erfassungsvolumina beschrieben, die durch ein System von Linsen und Strahlungssender- und Strahlungsempfängerarrays organisiert sind.
In der WO 2008017698 ist ein Rauchmelder beschrieben, der zwei verschiedene Wellenlängen zur Raucherfassung und Erkennung zwischen verschiedenen Arten von Rauch verwendet. Zwei verschiedene Empfänger sind mit unterschiedlichen Winkeln auf die Sendermittelachse gerichtet.
In der US 20040066512 ist ein Rauchmelder mit einer Rauchkammer beschrieben, der zwei in unterschiedlichen Spektralbereichen emittierende Dioden, vorzugsweise für IR (ca. 880 nm) und Blaulicht (ca. 400 nm), und zwei Empfangsdioden aufweist. Die Sende- und Empfangsdioden befinden sich mit un¬ terschiedlichen Winkeln auf einer flachen Fläche, so dass nach vorn gestreute Strahlung eine Empfangsdiode erreicht, und nach hinten gestreute Strahlung die andere Empfangsdiode erreicht. Der Melder verfügt sowohl für weißen als auch schwarzen Rauch über ein gutes Leistungsverhalten.
In der US 20080246623 ist ein Rauchmelder der offenen Bauart beschrieben, bei dem zwei Emissionselemente mit verschiedenen Winkeln angeordnet sind und Polarisierungsebenen verwendet werden, um zwischen unterschiedlichen Arten von Streustrahlung aus dem kontrollierten Bereich zu unterscheiden.
In der EP 1619640 ist ein Rauchmelder der offenen Bauart mit einer sehr einfachen Schaltungsanordnung beschrieben, bei dem zwei Signale aus zwei Emissionsdioden mit unterschiedlichen Winkeln gemessen werden. Die Hauptverfahrensschritte werden durch einen Mikroprozessor durchgeführt. Es ist auch ein Temperatursensor vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Rauchdetektors anzugeben, welches eine effiziente Bereitstellung von flexiblen und verschiedenartigen Bedingungen einsetzbaren und hierbei zuverlässig und präzise arbeitenden Rauchdetektoren erlaubt. Des Weiteren liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, einen flexiblen und effizient in verschiedenartigen De- tektionssystemen einsetzbaren Rauchdetektor sowie ein entsprechend flexibles und effizientes Detektionssystem bereitzustellen.
Die erstgenannte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die letztgenannte Aufgabe durch einen Rauchdetektor mit den Merkmalen des Anspruchs 8 bzw. durch ein Rauchdetektionssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schließt in ihrem Verfahrensaspekt den Gedanken des Bereitstellens und Betreibens des Rauchdetektors - bevorzugt gleichzeitig einer Mehrzahl von Rauchdetektoren - in einem großen Raum, zusammen mit einem geeichten Rauchdichtemesser und in Verbindung zu einer Kalibrierungs- Steuereinheit über einen bidirektionalen Kommunikationskanal und optional zu dem geeichten Rauchdichtemesser ein. Weiterhin gehört zu dieser Erfindung der Gedanke, den Raum dann sukzessive mit Rauch zu füllen und im Ansprechen auf die Erfassung eines ersten vorbestimmten Wertes der Rauchdichte durch den geeichten Rauchdichtemesser, ein Anweisen des Rauchdetektors zum Speichern seines eigenen aktuellen Detektionssignals oder zum Übertragen desselben an die Kalibrierungs-Steuereinheit und Anweisen des geeichten Rauchdichtemessers zur Übermittlung seines Signals an den Rauchdetektor oder an die Kalibrierungs-Steuereinheit.
An diesen Datenübertragungs-Schritt schließt sich das Ausführen eines Vergleichs zwischen den Detektionssignalen des Rauchdetektors und des geeichten Rauchdichtemessers an, begleitet von einer Justierung der Stromversorgungseinheit des Rauchdetektors derart, dass dessen Detektionssignal gleich dem Detektionssignal des geeichten Rauchdichtemessers gemacht wird, um einen ersten kalibrierten Messpunkt des Rauchdetektors zu erhalten, und Speichern der entsprechenden justierten Stromversorgungsparameter. Das Verfahren umfasst das Wiederholen der Schritte der Datenübertragung, des Datenvergleichs und der Justierung der Stromversorgungseinheit eine vorbestimmte Anzahl von Malen, um weitere kalibrierte Messpunkte und entsprechende Sätze
von Stromversorgungsparametern des Rauchdetektors zu erhalten und zu speichern, und schließlich das Bereitstellen eines kalibrierten Betriebsablaufs des Rauchdetektors, unter Nutzung der gespeicherten Sätze von Stromversorgungsparametern.
Eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens sieht eine Fein-Kalibrierung vor, welche von dem oben erläuterten Kalibrierungs-Ablauf ausgeht und unter stetigem Entfernen des Rauchs aus dem Test-Raum abläuft. Die Ausgestaltung umfasst ein Wiederholen der Schritte der Datenübertragung, des Datenvergleichs und der Justierung der Stromversorgungseinheit eine vorbestimmte Anzahl von Malen während der graduellen Verringerung der Rauchdichte, um eine Anzahl von fein-kalibrierten Messpunkten und entsprechende Sätze von verfeinerten Stromversorgungsparametern zu erhalten und diese Parameter zu speichern. Die Ausgestaltung führt schließlich zum Bereitstellen eines zweiten kalibrierten Betriebsablaufs des Rauchdetektors, unter Nutzung der gespeicherten Sätze verfeinerter Stromversorgungsparameter.
Zur Gewährleistung einer hohen Praxistauglichkeit der Betriebsparameter wird der Rauch durch Verbrennen einer realen Probe im Raum gewonnen und durch Betreiben einer mechanischen Absaugeinrichtung aus dem Raum wieder entfernt.
Eine weitere Verfeinerung des vorgeschlagenen Verfahrens umfasst das Gewinnen entsprechender Rauchdetektorsignale bei mindestens zwei verschiedenen Temperaturen in einer Atmosphäre mit verschwindender oder konstanter Rauchdichte, das Vergleichen der Rauchdetektorsignale, das Einstellen der Stromversorgung derart, dass die Rauchdetektorsignale bei den verschiedenen Temperaturen gleich werden, das Speichern der jeweiligen T-justierten Stromversorgungsparameter in Relation zu den verschieden Temperaturen, und das Bereitstellen eines T-kalibrierten Betriebsablaufs, unter Nutzung der gespeicherten T-justierten Stromversorgungsparameter.
Eine alternative, vereinfachte Verfahrensführung sieht, anstelle einer detektorspezifischen Kalibrierungsprozedur, die Implementierung eines kalibrierten Be-
triebsablaufs unter Nutzung von gespeicherten Sätzen von Stromversorgungsparametern vor, welcher mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche für mindestens einen anderen Rauchdetektor ermittelt wurde. In einer Ausgestaltung dieser Variante schließt das Verfahren eine Ersatz- Kalibrierungsprozedur unter Nutzung eines Rauchdichte-Äquivalents (etwa aus Glas) ein .
Der gemäß dem Vorrichtungsaspekt der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagene Rauchdetektor basiert auf dem Gedanken einer baulichen Trennung zwi¬ schen den Stromversorgungs- und Signalverarbeitungskomponenten eines Rauchdetektors und dessen eigentlicher Detektoranordnung. Er umfasst somit eine Steuereinheit, die eine Stromversorgung und Signalverarbeitungselektronik enthält, und mindestens eine entfernte Detektoreinheit, die mindestens ein lichtemittierendes Element und mindestens ein Lichterfassungselement in ei¬ nem offenen Gehäuse aufweist, sowie eine bidirektionale Kommunikationsverbindung (einer ersten Ebene) zwischen der entfernten Detektoreinheit oder den Detektoreinheiten und der Steuereinheit umfasst. Hierbei weist insbesondere die Kommunikationsverbindung der ersten Ebene eine optische Faserverbindung oder Funkverbindung auf.
Eine kommunikationstechnisch vorteilhaft aufgebaute Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kommunikationsverbindung der ersten Ebene eine serielle Verbindung zwischen der Steuereinheit und den entfernten Detektoreinheiten aufweist, wobei nur ein Teil der entfernten Detektoreinheiten, vorzugsweise nur eine entfernte Detektoreinheit, direkt mit der Steuereinheit verbunden ist, während jede der verbleibenden entfernten Detektoreinheiten mit der Steuereinheit über eine direkt angeschlossene entfernte Detektoreinheit verbunden ist.
Das vorgeschlagene Rauchdetektionssystem umfasst eine Mehrzahl der vorstehend beschriebenen Rauchdetektoren und eine Systemsteuerstation sowie eine bidirektionale Kommunikationsverbindung (einer dritten Ebene) zwischen mindestens einem der Rauchdetektoren und der Systemsteuerstation aufweist.
In einer zweckmäßigen Ausführung dieses System sind die Steuereinheiten der Rauchdetektoren miteinander durch eine drahtgebundene bidirektionale Kom¬ munikationsverbindung (einer zweiten Ebene) verbunden, und nur ein Teil der Steuereinheiten, bevorzugt nur eine Steuereinheit, ist direkt mit der Systemsteuerstation verbunden, während die verbleibenden Steuereinheiten über eine direkt angeschlossene Steuereinheit mit der Systemsteuerstation verbun¬ den sind. Hierbei ist bevorzugt die Kommunikationsverbindung der dritten Ebene eine auf dem IP- oder Ethernet-Protokoll basierende optische Faseroder Funkverbindung.
In einer besonders praxisgerechten Ausführung des Systems ist die Systemsteuerstation mit den Steuereinheiten der Rauchdetektoren und den Temperaturdetektoren und/oder Flammendetektoren und/oder kombinierten Detektoren in einer nutzer-definierten Konfiguration verbunden. Sie weist Eingänge zum Empfang von Signalen von allen angeschlossenen Einheiten und Detektoren sowie eine Zentralverarbeitungseinheit auf, die zu einer zusammenfassenden und bewertenden Signalverarbeitung der empfangenen Signale, insbesondere unter Einschluss einer statistischen Analyse und/oder Datenfilterung zur Störbefreiung, und zur Ausgabe eines System-Ausgangssignal im Ergebnis dieser Verarbeitung ausgebildet ist.
Mit der Erfindung lassen sich, jedenfalls in bestimmten vorteilhaften Ausführungen, eine oder mehrere der nachstehenden vorteilhaften Wirkungen erzielen:
- Senkung der Möglichkeit falscher Alarme.
- Anheben der Empfindlichkeit des Melders für echten Rauch.
- Bereitstellen einer schnelleren Erfassung in frühen Brandstadien.
- Garantieren einer Immunität gegen optische Signale und Funkrauschsignale
- Erhöhen der Raucherfassungsstabilität unter schwierigen Bedingungen, einschließlich Lichtstrahlung mit hohem Pegel und Hindernissen im Erfassungsbereich.
- Bereitstellen präziser Daten an den Benutzer, z.B. Rauchdichtedaten für technologische Messung und Steuersysteme.
- Ausschließen von Störungen, die z.B. durch zufälligen Zigarettenrauch oder be¬ ständigen Rauch aus Waldbränden verursacht werden.
- Überwachung der Rauchdichteverteilung im Inneren des gesamten Gebäudes für eine sichere Evakuierung von Menschen.
- Einführen einer ultra-schnellen Branderfassung auf Grundlage einer Bestätigung verschiedener Arten von Meldern (Rauch, UV-Flammen, IR-Flammen, Temperatur)
- Bereitstellen eines besseren Staubausgleichs.
- Erweiterung des Betriebstemperaturbereichs des Melders.
- Sicherstellen der Sicherheit menschlicher Augen in allen Betriebsarten.
Energieeinsparung.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von diesen zeigen :
Fig. 1 ein Funktionsdiagram eines Ausführungsbeispiels des Rauchdetektors,
Fig. 2 eine Realisierungs-Variante der Spannungsstabilisierungsmittel beim Rauchdetektor nach Fig. 1,
Fig. 3 eine detaillierte Darstellung von analogen und digitalen Baugruppen des Rauchdetektors nach Fig. 1,
Fig. 4 eine Prinzipskizze zur Erläuterung einer beispielhaften geometrischen Konfiguration wesentlicher Elemente des Rauchdetektors,
Fig. 5 eine weitere Darstellung, in Art einer perspektivischen Darstellung, zur Erläuterung der geometrischen Konfiguration,
Fig. 6 eine kombinierte Darstellung zur weiteren Erläuterung der geometrischen Konfiguration,
Fig. 7A bis 7C weitere Darstellungen zur Erläuterung des mechanischen Aufbaus einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rauchdetektors,
Fig. 8 eine Prinzipskizze der geometrischen Konfiguration einer weiteren Aus¬ führungsform,
Fig. 9 eine weitere Darstellung, in Art einer perspektivischen Darstellung, zur Erläuterung dieser geometrischen Konfiguration,
Fig. 10 eine kombinierte Darstellung zur weiteren Erläuterung der geometrischen Konfiguration gemäß Fig. 9,
Fig. 11 eine kombinierte Darstellung einer gegenüber Fig. 10 modifizierten Ausführungsform,
Fig. 12 eine Prinzipskizze der geometrischen Konfiguration einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 13 eine Prinzipskizze der geometrischen Konfiguration einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 14 eine Prinzipskizze der geometrischen Konfiguration einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 15 eine Prinzipskizze der geometrischen Konfiguration einer weiteren Ausführungsform,
Fig . 16 eine Prinzipskizze der geometrischen Konfiguration einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 17 eine Prinzipdarstellung eines mehrteilig aufgebauten Rauchdetektors als Teil eines Rauchdetektionssystems,
Fig. 18 eine weitere Prinzipdarstellung eines mehrteilig aufgebauten Rauchdetektors als Teil eines Rauchdetektionssystems und
Fig. 19 eine Prinzipskizze einer Ausführungsform eines neuartigen Rauchdetektionssystems.
Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Rauchdetektors SD1.
Eine Stromversorgungsspannung Vin liegt am Spannungskonstanthalter STV1 und einer Energiespeicherschaltung PAC an. Der Spannungskonstanthalter STV1 ist notwendig, wenn wir eine Stromversorgung aus einem Netz haben, in dem sich die Spannung mit der Zeit verändern kann. Der STV 1 steht mit einer digitalen Einheit DU in Verbindung. Neu an dieser technischen Lösung ist, dass die digitale Einheit DU die Stromversorgung im STV1 und der PAC über einen Analog-Digital- Wandler ADC überwachen und eine Stromversorgungsverwaltung übernehmen kann.
Eine wichtige Anwendung ist z.B. in Fig. 2 gezeigt. Die Einschalt-Schaltelemente KEl, KE2, KE3, KE4 schalten automatisch ein, und die Versorgungsspannung gelangt zum Spannungskonstanthalter STV und zur digitalen Einheit DU. Das Hauptschaltelement KE schaltet aus, wodurch die analoge Einheit AU abgetrennt wird. Ein Mikroprozessor MP in der DU erhält nun die Stromversorgung und beginnt mit dem Betrieb. Der MP wartet dann, bis die Speicherkondensatoren Cl und C2 voll geladen sind, und schaltet die Schaltelemente KEl und KE4 aus. So erhält die ganze Schaltung nur vom Speicherkondensator Cl eine Versorgung, der vom Netz abgetrennt ist. Der MP analysiert über den ADC die am Cl anliegende Spannung, und wenn sie einen gewissen Mindestpegel erreicht, schaltet der MP die Schaltelemente KE2, KE2 aus und dann die Schaltelemente KEl, KE4 ein. Nun erhält die ganze Schaltung nur vom Speicherkondensator C2 eine Versorgung.
Spannungsteiler VD 1 und Spannungsteiler VD 2 verwenden Operationsverstärker, um eine geteilte Versorgungsspannung in den Betriebsbereich des ADC zu bringen. Die Operationsverstärker erzielen in diesem Fall eine bessere Energieeinspa-
rung als wenn Spannung mit einem Paar von Widerständen geteilt wird, obwohl man diesen Weg auch gehen kann. Die Widerstände R2 und R4 sind gleich und sie können sich ausreichend vom Rl und R3 unterscheiden. Die ermöglicht es, den Stromverbrauch aus der Leitung zu minimieren und den Verbrauch ohne Spitzen in der Versorgungsleitung gleichmäßiger zu machen. Zum Beispiel ist der Stromverbrauch der DU gering, wenn der MP mit einfachen Aufgaben beschäftigt ist, und der MP kann für eine ziemlich lange Zeit Strom vom Cl bekommen und schaltet nur selten zum C2. Aber dann muss der MP eine Rauchdichtemessung durchführen und schaltet die Versorgung zum frisch geladenen C2, schaltet dann das Hauptschaltelement KE ein, so dass die analoge Einheit AU arbeiten kann, und dann erfolgt die Messung. So ist in diesem Fall die Verwendung von Energie aus dem C2 viel stärker als aus dem Cl und hat eine ausreichend geringere Dauer. Im Ergebnis hat man einen gleichmäßigen Verbrauch aus der externen Quelle, und dieser Stromverbrauch wird konstant kontrolliert.
Der Rauchdetektor kann seinen Strom aus einer Batterie beziehen, und die Batteriespannung wird vom MP konstant gemessen, um einen Benutzer zu warnen, wenn sie ihre Grenze erreicht. Indem die analoge Einheit mittels des Hauptschaltelements KE ausgeschaltet wird, erzielt der MP eine hohe Stromeinsparung, und wenn Langzeit-Lithiumbatterien verwendet werden, können 5 Jahre Betriebsdauer ohne Batteriewechsel garantiert werden. Es ist geplant, Solarelemente für eine noch bessere Stromeinsparung und einen Betrieb ohne Netzanschluss einzusetzen.
Ein wichtiger Aspekt ist, dass die digitale Einheit DU von der analogen Einheit AU getrennt werden kann, so dass jegliche Hochfrequenz aus dem Mikroprozessor nicht auf die Versorgung für die AU übergeht und auch ein abruptes Schalten von MP-Anschlüssen nicht zu Sprüngen im AU-Versorgungspegel führt. Dies ist in Fig. 2 nicht gezeigt, aber die AU kann auch, verwaltet durch den MP im STV1, von ihren eigenen Speicherkondensatoren und ihrem eigenen Spannungskonstanthalter mit Strom versorgt werden. Manchmal ist es nützlich und sogar notwendig, die digitale Stromversorgung von der analogen Stromversorgung zu trennen, um bessere Messergebnisse zu erhalten. Es ist zu sagen, dass in der Grundmodifizierung die Stromversorgung für die DU und AU aus einer Quelle kommen
sollte, weil diese Schaltung in einem normalen Umfeld ein gutes Leistungsverhal¬ ten hat, in schwerindustriellen Anwendungen dies jedoch eine wichtige Entschei¬ dung ist. Es trägt auch dazu bei, die Vorrichtung vor Stromsprüngen zu schützen, zum Beispiel, wenn jemand ein Mobiltelefon nahe der Versorgungsleitung verwendet oder an einem industriellen Standort EMI- und RFI-Strahlungen vorhanden sind. Selbst wenn ein Blitz in die Versorgungsleitung einschlägt, ist die Vor¬ richtung sicher und kann mühelos repariert werden.
Des Weiteren führt der Mikroprozessor MP eine Stromverwaltung an der Strom¬ speicherschaltung PAC durch. Diese Schaltung besitzt Speicherkondensatoren und ist zur Stromversorgung von lichtemittierenden Elementen gedacht. Es ist notwendig, dass emittierende Dioden für eine kurze Zeit einen hohen Strom aus der Stromspeicherschaltung PAC bekommen. Ein solcher hoher Strom kann die Spannung in einer Versorgungsleitung niedrig werden lassen und kann sogar die Batterieressourcen überschreiten, wenn eine Vorrichtung davon gespeist wird. Das ist der Grund, warum eine Stromspeicherung und -Verwaltung in diesem Fall so notwendig ist.
Die digitale Einheit DU schaltet ein, dann schaltet die analoge Einheit AU ein und arbeitet eine gewisse Zeit lang, um stabile Ergebnisse zu erhalten, dann sucht der MP nach einem für Messungen geeigneten Zeitpunkt, und erst danach werden die lichtemittierenden Elemente bei gleichzeitiger Regelung des Strompegels eingeschaltet. Das Schalten von lichtemittierenden Elementen während einer kurzen Reihe von Impulsen ist an sich bekannt. Neu bei der vorgeschlagenen Vorrichtung ist, dass die Impulsdauer genutzt wird, um ein und dasselbe Leistungsverhalten für die Messschaltung in einem sehr breiten Temperaturbereich zu bekommen.
Um eine hohe Genauigkeit in den Messungen zu erhalten, sollte man das Signal verstärken, und es ist viel besser, Schmalbandfilter in allen Verstärkern einzusetzen, so dass nur Impulse mit einer speziell angesetzten Dauer aus den lichtemittierenden Elementen durchgehen könnten. Dies schützt die Vorrichtung vor EMI- Rauschen. Dass die Filter auf eine spezifische Frequenz abgestimmt sind, macht es möglich, dass deren Leistungsmerkmale mit dem Temperaturanstieg gleitend
sind. Tatsächlich passiert es immer, dass Filter, die bei +25°C für eine bestimmte Frequenz abgestimmt werden, bei dieser Frequenz bei +100°C (und auch bei - 50°C) nicht arbeiten. Das ist der Grund, warum hier vorgeschlagen wird (s. weiter unten), die Dauer von Impulsen mit der Temperatur zu kalibrieren und die spezifische Frequenz von Lichtimpulsen so zu verändern, dass sie im gesamten Tempe¬ raturbereich immer durch die Filter und Verstärker hindurchgehen. Der MP verrichtet diese Arbeit, indem er Daten zur Stromspeicherschaltung PAC und zum Stromkonstanthalter STC überträgt.
Es wird vorgeschlagen eine Stromregelung im Stromkonstanthalter STC vorzunehmen, um die Empfindlichkeit der Detektoren mit hoher Präzision fast wie ein Feininstrument für optische Dichtmessungen zu kalibrieren. Das Verfahren und die Vorgehensweise zur Kalibrierung sind wie folgt:
Man stellt viele Detektoren (15 bis 30 auf einmal) zur Kalibrierung in einen ziemlich großen Raum (nicht wie gewöhnlich in ein Rauchrohr). Es ist wichtig, dass Rauchmelder der offenen Bauart genügend Platz haben, so dass es keine Reflexionen von Licht gibt, das von Wänden abgestrahlt wird (wie in einem Rohr). Dann werden die Detektoren an einen Kommunikationsbus angeschlossen (z.B. eine CAN-Schnittstelle; jede Vorrichtung kann aber auch über einen USB-Bus direkt an einen PC angeschlossen werden, und als Option ist auch eine Ethernet- oder Funkkanalverbindung möglich). Man bringt ein Messinstrument für optische Dichtemessungen in diesen Raum und greift auf seine Daten zu, die auf demselben Computer angezeigt werden. Es wird eine Rauchquelle mit wirklich langsam abbrennendem Material bereitgestellt und der Raum geschlossen. Man erhält konstant Daten über die Rauchdichte von den Detektoren und vom Messinstrument.
Wenn die Rauchdichte auf dem Messinstrument eine untere Schwelle (z.B. 0,05 db pro 1 Meter) erreicht, weist man das System an, diese Daten an die Detektoren zu übertragen, und diese speichern dann diese Daten zusammen mit dem jeweiligen gemessenen Dichtewert. Auf einen Befehl hin stellen alle Detektoren ihren Strom im Stromkonstanthalter STC über den DAC2 in der digitalen Einheit (Zeichnung 3) so ein, dass ihr Messwert gleich dem vom PC her empfangenen Wert ist. Da die Rauchdichte sehr langsam ansteigt, kann man so viele Punkte
bekommen, wie man will, wodurch eine ganze Kalibrierungstabelle im Speicher der Detektoren entsteht. Wenn die Rauchdichte ihren Hochpegel (z.B. 0,2 dB pro 1 Meter) erreicht, beendet man die Kalibrierung, weil davon ausgegangen wird, dass die Detektoren über diesen Punkt hinaus die Situation nicht mehr analysieren. So erhält man zuerst einen groben Offset-Wert für alle Ströme in den licht¬ emittierenden Elementen und eine ganze Tabelle von Korrekturkoeffizienten für viele Punkte. Wichtig ist, dass man zuerst eine Grobkorrektur vornimmt und dann Punkte zur Feineinstellung herausfindet; dies ermöglicht gute Kalibrierungsergebnisse.
Wenn die Rauchquelle zu brennen aufhört, öffnet man den Entlüftungskanal und schaltet einen Ventilator ein. Die Erfahrung lehrt, dass die Rauchdichte in diesem Fall mit noch besserer Gleichmäßigkeit, gradueller und gleichförmig mit gleicher Verteilung über den gesamten Rauminhalt niedriger wird. Man zeichnet abermals Daten aus dem Messinstrument auf, vergleicht sie mit den Daten bereits kalibrierter Detektoren und nimmt nötigenfalls kleine Einstellungen vor.
Ein anderer wichtiger Punkt ist, dass der Pegel des durch die LEDs fließenden Stroms mit der Temperatur signifikant variieren kann. Eigentlich haben lichtemittierende Dioden eine sehr gute Stabilität und eine temperaturbedingte Veränderung ihrer Lichtstärke kann außer Acht gelassen werden. Aber analoge Bauteile in der Stromregelschaltung können ihre Kennlinien verändern. Wenn man zum Beispiel einen FED verwendet, um den Stromfluss durch lichtemittierende Elemente zu eröffnen, kann sich sein Ansprechen auf einen bestimmten Pegel aus dem DAC2 temperaturbedingt ausreichend ändern, selbst wenn der DAC2 denselben Pegel in seiner Leistung bringt (aber sich sein Pegel auch bei hoher Temperatur ändern wird). Das ist der Grund, warum Daten, die man unter Normalbedingungen erhält, für den gesamten Temperaturbereich überprüft und aktualisiert werden sollten. Dies kann in einer Temperaturkammer unter Verwendung von nur 2 Rauchdichten (oder sogar ohne Rauch) erfolgen. In der Praxis kann man die Detektoren in eine Temperaturkammer (ohne Rauch) legen und die Daten über den Strom im STC aus dem ADC mit Daten vergleichen, die an den DAC2 übertragen wurden, um diesen Strom im STC zu erzielen. Man nimmt Korrekturen an den DAC2-Daten vor, so dass es sich um ein und denselben Strom handelt, der durch
den ADC über einen weiten Temperaturbereich (von -50°C bis +55°C) gemessen wird; Punkte für höhere Temperaturen werden durch Näherungsrechnung berechnet. Ergebnisse für manche reale Rauchdichten können für diesen Temperaturbe¬ reich auch nachgewiesen werden, sie sind aber ziemlich gleich, wenn die Korrek¬ tur unter Bedingungen ohne Rauch berücksichtigt wird.
Mit dieser Vorgehensweise bekommt man einen sehr gründlich kalibrierten Rauchdetektor mit Temperaturkompensation, der eine Rauchdichte genau wie ei¬ ne sehr teure instrumenteile Einrichtung exakt misst. Was gut und neu ist, ist, dass kein anderer Rauchmelder der offenen Bauart auf dem Markt die Rauchdich¬ te in konkreten Zahlen messen kann, sie geben alle nur Alarmpegel an. Die meisten Melder der offenen Bauart erlangen nur eine ungefähre Kenntnis über die Rauchdichte in einem ungewissen Volumen.
In Fig. 1 erkennt man, dass eine digitale Thermometereinheit TU in der Vorrichtung enthalten ist. In erster Linie ist sie zur Kalibrierung und Temperaturkompensation während ihres Einsatzes gedacht. Jedoch kann man sie auch als Temperaturmelder der Maximal-/Differentialbauart zur besseren Branderfassung verwenden.
Es wird zunächst nun ein Blick auf das detaillierte Funktionsschema in Fig. 3 geworfen. Es sollte zusammen mit Fig. 4 betrachtet werden.
Zunächst zeigt Fig. 4 eine Gruppe EE1 von lichtemittierenden Elementen, die auf einer Hyperbel angeordnet sind. Es werden absichtlich mindestens 3 lichtemittierende Dioden verwendet, die sich in einigem Abstand voneinander befinden. Dies ergibt eine bessere räumliche Verteilung des im Raum emittierten Lichts im Erfassungsbereich aus leicht unterschiedlichen Winkeln. Wenn Licht ein Rauchpartikel erreicht, hat man eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass das Licht auf eine flache reflektierende Fläche eines Rauchpartikels fallen wird. Wenn man nur eine lichtemittierende Diode verwendet, verläuft das Licht aus dieser in Winkeln von ±5° zum Erfassungsbereich, aber jedes Rauchpartikel in dem Bereich empfängt Licht nur aus einer Richtung, der Linie, die dieses Parti-
kel und die emittierende Diode verbindet. Wenn man 3 Dioden verwendet, empfängt jedes Partikel Licht aus 3 etwas unterschiedlichen Richtungen . Dies ergibt eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass Licht auf einen reflektierenden Rand des Rauchpartikels trifft. Natürlich können es auch mehr als 3 lichtemittierende Dioden sein, und die Empfindlichkeit unserer Vorrichtung wird proportional zur Anzahl von lichtemittierenden Elementen ansteigen . In hochempfindlichen Anwendungen ist es zum Beispiel sehr hilfreich, wenn man ein Lichtwellenleiterkabel verwendet, um Licht in eine Hochtemperaturzone zu übertragen, und auch mit Einsatz des Lichtwellenleiters Signale zu empfangen.
Es ist wichtig, dass man in Anwendungen des allgemeinen Gebrauchs herkömmliche LED und keine Laserdioden verwendet, um den Schutz der Augen zugewährleisten. Da Licht in den offenen Raum abgestrahlt wird, kann es die Augen einer Person erreichen, und das ist bei Laserdioden besonders gefährlich, z. B. wenn ein Kind auf den in Betrieb befindlichen Melder starrt. Aus diesem Grund bündelt man beim vorgeschlagenen Rauchdetektor Licht aus mehreren Universaldioden nur in einem sehr engen Bereich, ca . 20 cm von der Decke. Außerhalb dieser Zone teilt sich das Licht aus den drei Dioden in drei unterschiedliche Strahlen auf, verliert mit zunehmendem Abstand schnell an Energie und ist für die Augen nicht gefährlich.
Die lichtemittierenden Dioden EE1 der Gruppe 1 in Fig. 4 befinden sich auf einer Hyperbel . Und zwar, weil man das Licht aus allen Dioden mit ein und demselben Winkel auf die optische Achse des Sensorelements SEI lenken sollte. Der normmäßig empfohlene Winkel ist 110°. Wenn man also in den Erfassungsbereich eine Spitze eines imaginären Konus (mit einem Winkel von 110° von der Achse zur Seite) einsetzt und mit seiner Achse auf SEI zielt, wird man sehen, dass die Schnittpunkte dieses Konus mit der planen Oberfläche des Melders eine Hyperbel ergeben (Fig . 5). Wenn man in einer anderen Teilmodifizierung der Vorrichtung (siehe Fig. 8) einen ausreichend kleineren Winkel, z.B. 70°, wählt, dann werden die Schnittpunkte eine Schraubenlinie ergeben .
Es wäre anzumerken, dass es sich bei den lichtemittierenden Elementen um einen Verbund (nicht einfach nur Dioden) handeln kann, d.h . man kann Dioden zusammen mit einer Linse oder einem optischen Prisma oder einer anderen Optik verwenden. In einigen Anwendungen verwendet man einen Lichtwellenleiter, in anderen Anwendungen ein spezielles plastisches Prisma, das die Oberfläche des emittierenden Elements flach und in einer Ebene liegend mit der Oberfläche des Melders macht. In einfachen Anwendungen ist das emittierende Element nur eine Diode mit ihrer eigenen Linse, die in einen schmalen Kanal im Gehäuse eingesetzt ist (dieselben Lösungen gelten für die Sensorelemente). Die Sensorelemente der Gruppe SEI können auch (als eine Gruppe) auf einer Kurve angeordnet sein. Das kann dabei helfen, Hindernisse zu vermeiden wie etwa fliegende Insekten oder auf einer der Dioden sitzende Fliegen . Die Grundversion verfügt jedoch über nur eine Fotodiode SEI .
In den Block der lichtemittierenden Elemente im Funktionsschema in Fig . 3 hat man ein lichtemittierendes Element TEE zu Testzwecken mit aufgenommen (siehe Fig . 4). Das lichtemittierende Element zu Testzwecken ist notwendig, weil, wenn es keinen Rauch im Erfassungsbereich gibt, man auch keine Antwort und kein optisches Signal zurückbekommt. Das ist der Grund, warum die Fotodiode getestet wird, um herauszufinden, ob sie richtig arbeitet und einfach nicht in dem Bereich zu erfassen ist. Diese Diode TEE wird nur zum Nachweis verwendet, dass die Fotodiode im Sensorelement SEI aktiv ist. Das lichtemittierende Element zu Testzwecken kann nicht nur auf der Oberfläche des Melders angeordnet werden, sondern auch in ihm, wobei dann Licht in den hinteren Teil des Sensorelements SEI übertragen wird . Für die lichtemittierenden Elemente besteht kein Bedarf, emittiertes Licht zu testen, weil man den durch diese Dioden fließenden Strom messen kann, und wo es Strom gibt, gibt es auch Licht.
Weiterhin erkennt man in Fig. 4 Sensorelemente SEI und SE2. Das Hauptsensorelement ist SEI, es empfängt Licht aus dem Erfassungsbereich und wir machen Messungen auf Grundlage von Signalen vom SEI . Das Sensorelement SE2
ist vom Erfassungsbereich weg gerichtet, es empfängt keine Signale von den lichtemittierenden Elementen EE1. Seine optische Achse bildet in ein und derselben Richtung aber in einem gewissen Abstand voneinander (siehe Fig. 6) im Wesentlichen denselben Winkel mit der Oberfläche des Melders wie die opti¬ sche Achse des SEI. Die Aufgabe des Sensorelements SE2 ist es, die Vorrichtung vor Sonnenlicht und künstlichem Licht zu schützen. Wenn Sonnenlicht auf den Melder fällt, empfangen sowohl das SEI als auch SE2 dieses Signal, weil Sonnenlicht immer ein paralleler Lichtstrahl ist.
Im Funktionsschema (Fig. 3) sieht man, dass Signale aus den Lichterfassungselementen SEI und SE2 durch Trennkondensatoren SCI und SC2 hindurchgehen und dann zu einem Summierglied Sl gehen. Die Trennkondensatoren sind dazu gedacht, einen konstanten Versatz von Wandlern CVC1 und CVC2 auszuschließen, und auch konstantes Hintergrundlicht auszuschließen. Hier wird schon ein großer Teil der Sonnenlichtenergie ausgeschlossen. Dann werden im Summierglied Sl Signale vom SEI und SE2 subtrahiert, weil das SE2 am Eingang des Summierglieds Sl invertiert wird. Diese Lösung hilft dabei, den Rest an Sonnenlicht auszuschließen und einen perfekten Ausgleich gegen natürliche und künstliche Lichtquellen zu erreichen. Dies ist wichtig, weil Sonnenlicht in der Praxis eine Modulation aus der Atmosphäre erfährt und ein einfaches Abtrennen eines konstanten Pegels durch einen Trennkondensator nicht immer Abhilfe schafft. Auch wenn es eine in der Nähe befindliche Lampe gibt, gibt es von Schwingungen herrührende Lichtmodulationen. Mit der vorgeschlagenen Lösung wird dies vollständig ausgeschlossen.
In Fig. 3 erkennt man weiter, dass jedes Lichterfassungslement an seinen eigenen Strom-/Spannungswandler (CVC1 und CVC2) angeschlossen ist. Dies ist neu, weil Fotodioden im Kurzschlussmodus verwendet werden, CVC1 die Spannung im SEI nahe an Null hält, und SE2 ein Stromsignal im Ansprechen auf Licht erzeugt. Dann wandelt der CVC1 Signalstrom in Signalspannung um. Aufgrund dieser Lösung kann die Vorrichtung nie durch ein Signal hoher Intensität geblendet werden. Für gewöhnlich gerät eine Fotodiode, wenn sie Licht hoher
Intensität empfängt, in Sättigung und kann für einen längeren Zeitraum nicht arbeiten.
Der Betrieb des Summierglieds Sl in Fig. 3 wird vom Mikroprozessor verwaltet. Ein Signal vom Summierglied Sl geht zum Verstärker AI, dann zum ACD und schließlich in digitaler Form zum Mikroprozessor MP. Diese Lösung hilft dabei, einen Staubausgleich zu machen und absolute Immunität gegen alle Arten von künstlichen Lichtquellen zu erreichen, sei es eine Glühlampe, eine Hg-Lampe, Halogenlampen oder neue Energiesparlampen oder sogar Leistungsdiodenlicht- lösungen.
Das Verfahren zur Unterdrückung von Störungen durch künstliche Lichtquellen umfasst Folgendes:
Der Mikroprozessor MP schaltet im Summierglied Sl beide Kanäle (vom SEI und SE2) ein und erhält dann verstärkte und digitalisierte Signale, die für den Unterschied zwischen SEI und SE2 stehen. Handelt es sich um eine schwache Quelle künstlichen Lichts oder befindet sich diese Quelle in einem erheblichen Abstand, werden die Signale vom SEI und SE2 gleich sein und der MP erhält ein Signal nahe Null. Dann ist es sicher, Messungen durchzuführen.
Ist die Quelle künstlichen Lichts aber stark oder so ungünstig angeordnet, dass direktes Licht auf das SEI aber fast kein Licht auf das SE2 fällt (zum Beispiel aufgrund eines Lampenschirms oder eines Sonnendachrands oder irgendeines anderen Rands von Geräten), werden ausreichend Signale am Ausgang des Verstärkers AI anliegen. Der Mikroprozessor MP beobachtet diese Situation, erkennt die Wellen modulierten Lichts aus künstlichen Quellen, weil alle Lampen ihren Strom mit der Industriefrequenz von 50 Hz oder 60 Hz bekommen. Beim emittierten Licht ist diese Frequenz auf 100 Hz bzw. 120 Hz verdoppelt, weil die Lampen Licht sowohl in positiven als auch negativen Halbperioden abgeben. Der Mikroprozessor MP findet das Zeitintervall, in dem das Signal von den Lampen seinen Mindestwert erreicht, und in diesem Minimum werden reale
Messungen der Rauchdichte durchgeführt. Dieses Verfahren schließt sogar eine so gefährliche Quelle wie eine Hg 500 W -Suchscheinwerferlampe in einem Abstand von 0,5 m aus. Gerade diese Lampe ist sehr kritisch, weil sie eine breite Spektralkennlinie hat und durch alle optischen Filter hindurchgeht.
Das Hauptverfahren zum Messen von Rauchdichte umfasst die folgenden Schritte:
Der Mikroprozessor MP erhält eine Betriebsspannung aus dem Spannungskon¬ stanthalter STV1 und beginnt mit der Arbeit. Der Mikroprozessor MP schickt eine Messungsanforderung an den ADC und erhält Daten über die Spannungs¬ pegel der Speicherkondensatoren im STV1 und der Stromspeicherschaltung PAC zurück. Wenn alle Kondensatoren voll geladen sind, ist der Betrieb der analogen Einheit AU möglich. Danach erfüllt der Mikroprozessor MP konstant die Stromversorgungsverwaltung, wie zuvor beschrieben wurde. Gleichzeitig misst der Mikroprozessor MP konstant die Umgebungstemperatur mit Hilfe der digitalen Thermometereinheit TU. Der Mikroprozessor MP schaltet das Schaltelement KE ein und wartet einen vorbestimmten Zeitraum lang, bis die analoge Einheit AU in einen stabilen Betrieb gelangt. Der Mikroprozessor MP schaltet beide Kanäle im Summierglied Sl ein und empfängt über den ADC ein Signal vom Verstärker AI, um den Zeitpunkt zur richtigen Messung mit minimalem optischen Rauschen zu bestimmen, wie oben im Verfahren zur Bekämpfung künstlicher Lichtquellen beschrieben wurde.
Wenn das Signal vom Verstärker AI sein Minimum erreicht, schaltet der Mikroprozessor MP einen frisch geladenen Speicherkondensator C2 im Spannungskonstanthalter STV1 ein (und schaltet den Cl der AU aus, wodurch der Cl an Eingangsspannung angeschlossen wird). In einfacheren Modifizierungen überwacht der Mikroprozessor MP einfach nur die Spannung am STV1, so dass die analoge Einheit AU die notwendige Spannung bekommt, und falls sich die stabilisierte Spannung an der analogen Einheit AU von einem vorbestimmten Wert unterscheidet, berechnet der Mikroprozessor MP diesen Unterschied und nimmt Korrekturen an Empfangssignalen vor. Wenn der Mikroprozessor MP den richti-
gen Zeitpunkt für Messungen bestimmt hat, schickt er Daten über den Strompegel an den DAC2, der über die lichtemittierenden Elemente im Hinblick auf die Umgebungstemperatur hergestellt werden sollte. Der Digital- /Analogwandler DAC2 stellt seinen Ausgang entsprechend diesen Daten ein, und dieses Signal geht zum Stromkonstanthalter STC. Dann schaltet der Mikroprozessor MP den Stromkonstanthalter STC ein und dieser schickt Messstrom zu den lichtemittierenden Elementen (Gruppe EE1 in Fig. 4). Licht aus den lichtemittierenden Elementen verläuft mit ein und demselben Winkel zur optischen Achse des Hauptsensorelements SEI (Fig.5) durch den Erfassungsbereich. Vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, beträgt der Winkel 110°.
Es wird zunächst eine Situation betrachtet, in der kein Rauch in dem Bereich vorhanden ist. Je nach dem vom STC erzeugten Signal, senden die lichtemittierenden Elemente (Gruppe 1) einen sehr kurzen Lichtimpuls (oder eine Reihe von Impulsen) mit bekannter Dauer und Intensitätskennlinie gesteuert durch den Mikroprozessor MP. Das Lichtsignal erreicht den Erfassungsbereich, dort ist aber kein Rauch und so kann kein Licht durch Rauchpartikel gestreut werden. Jedoch können sich Hindernisse in dem Bereich befinden, wie etwa nahebei befindliche Wände oder Reihen von Containern in Lagerhallen u. dgl., oder auch Hände von Reinigungspersonal nahe dem Melder und auf diesem sitzende Insekten. So kann selbst ohne Rauch ein gewisses Signal aus den lichtemittierenden Elementen vom Erfassungsbereich rückreflektiert werden, und dieses Licht erreicht das Sensorelement SEI . Dann wird dieses Licht durch das SEI in ein elektrisches Stromsignal umgesetzt, das der Strom-/Spannungswandler CVC1 dann in ein Spannungssignal umwandelt. Dann durchläuft nur der Wechselstromteil dieses Signals den Trennkondensator SCI. Dieselbe Umsetzung/Umwandlung erfolgt durch das SE2, den CVC2 und den SC2. Beide Kanäle treffen im Summierglied Sl aufeinander.
Falls Hintergrundbeleuchtungsquellen vorhanden sind, erreicht das Lichtsignal von diesem beide Sensorelemente SEI und SE2 und wird im Summierglied Sl effektiv subtrahiert. Dann durchlaufen nur Impulse hoher Frequenz (über 1 kHz) den Trennkondensator SC3, um den Messteil vor industriellen EMI-
Stahlungen (mit Frequenzen von ca . 50 - 60 Hz oder 100 - 120 Hz) zu schüt¬ zen . Kurz dauernde Impulse aus den lichtemittierenden Elementen, die von Hindernissen in dem Bereich reflektiert werden, durchlaufen dann den Trennkondensator SC3 und erreichen das Summierglied S2. Der Mikroprozessor MP schickt einen Nullwert an den DACl, so dass das Signal vom SC3 unverändert an den Ausgang des Summierglieds S2 geht. Der Mikroprozessor MP schickt einen Befehl an den ADC, Messungen durchzuführen, und erhält Daten über Signale am Ausgang des Summierglieds S2 zurück. Falls eine sehr starke Reflexion (zum Beispiel von nahen Wänden oder wenn man einen Lüftungskanal oder einen engen Kanal für Elektrokabel schützt) besteht, dann erhält der Mikropro¬ zessor bereits in diesem Stadium ein signifikantes Signal . So schickt der Mikroprozessor MP einen berechneten Wert an den DACl, und der DACl gleicht das aus Reflexionen im Erfassungsbereich gemessene Rauschen aus.
Dann erfolgt eine neue Messung, diesmal stellt der Mikroprozessor MP den Pegel im DACl vorab auf den zuvor berechneten Wert ein, so dass das Signal vom DACl vom Signal aus dem Trennkondensator SC3 subtrahiert wird. Da die Signale fast vollständig ausgeglichen sind, braucht man nun eine Verstärkung, um ein gewisses signifikantes Signal zu sehen. Das ist der Grund, warum der Mikroprozessor MP aus dem ADC auch Signale vom Ausgang von Verstärkern A2, A3 und A4 empfängt, wobei jedes von diesen einen gewissen Verstärkungsgrad, vorzugsweise mit Stufen von xlO (jedes Signal wird mit 10 verstärkt) bei jedem Verstärker aufweist. Danach korrigiert dieser Mikroprozessor MP Daten für den DACl und wird diesen genaueren Wert weiter verwenden . Die genaueste Messung eines Rauschsignals aus Reflexion erfolgt, wenn der DACl keine kleineren Zahlen zur Durchführung einer Feinkorrektur hat und fast das gesamte Störsignal ausgeglichen ist. Dann misst der Mikroprozessor MP mit Hilfe des ADC ein Signal von einem Integrierglied Int, das das Signal aus dem A4 während Impulsen integriert. Das Ergebnis liefert einen Offset- Wert zur Feinstkorrektur, und diese Daten werden zusammen mit Korrekturdaten für den DACl im MP (z.B. in einem ROM oder Flash-Speicher) gespeichert. Der Mikroprozessor MP führt weiter Messungen in gewissen Zeitabständen, z.B. 1 mal in 1 Sekunde durch .
Wenn Rauch im Erfassungsbereich auftritt, trifft Licht aus den lichtemittierenden Elementen im Erfassungsbereich auf Rauchpartikel, etwas Licht wird zum Sensorelement DE1 reflektiert, und kein Licht wird von Rauchpartikeln zum Sensorelement SE2 reflektiert (Fig. 6). Der Mikroprozessor MP bestimmt die Dauer kurzer Lichtimpulse (oder Reihen von Impulsen) im Hinblick auf Temperatur, so dass die Impulse zur Betriebsfrequenz von Schmalbandfiltern in den Verstärkern A2, A3 und A4 passen (wie im Verfahren zur Kalibrierung weiter oben beschrieben). Für gewöhnlich hat diese Dauer unter normalen Bedingungen eine Größenordnung von 15 Mikrosekunden. Der Mikroprozessor MP bestimmt auch die Lichtintensität, schickt Daten an den DAC2 und stellt den bekannten Strom im Stromkonstanthalter STC her (die an den DAC2 geschickten Daten hängen vom Temperaturwert ab, wie weiter oben beschrieben wurde).
Der Mikroprozessor MP regelt den realen Strom durch die lichtemittierenden Elemente mit Hilfe des ADC. Wenn ein Lichtsignal aus dem Erfassungsbereich durch Rauchpartikel gestreut wird, erreicht es das Sensorelement SEI und wird dort in ein elektrisches Stromsignal umgewandelt. Dann wandelt es der Strom- /Spannungswandler CVC1 in ein Spannungssignal um. Nur der Wechselspannungsteil dieses Signals durchläuft den Trennkondensator SCI. Dieselbe Umwandlung erfolgt durch das SE2, den CVC2, SC2 nur am Rauschlichtsignal.
Ein Lichtsignal von Hintergrundbeleuchtungsquellen erreicht beide Sensorelemente SEI und SE2 und wird im Summierglied Sl subtrahiert. Kurzdauerimpulse aus den lichtemittierenden Elementen durchlaufen den Trennkondensator SC3 und erreichen das Summierglied S2. Der Mikroprozessor MP schickt einen zuvor berechneten Wert zur Korrektur eines Rauschsignals von Reflexionen an den DACl. Im Summierglied S2 werden die Signale subtrahiert, und dann geht nur der echte Teil dieses Signals, der dem realen Signal von Rauch entspricht, an die Verstärker A2, A3 A4 und das Integrierglied Int durch. Der Mikroprozessor MP schicht eine Messanforderung an den ADC und erhält alle diese Signale in digitaler Form. Dann berücksichtigt der Mikroprozessor MP den Messsignal-
pegel, subtrahiert den Offset-Wert vom Rauschen, vergleicht das Ergebnis mit der in seinem Speicher gespeicherten Koeffiziententabelle (gemäß Werkskalib¬ rierung Abschnitt 3), und berechnet den realen Rauchdichtewert. Dann ver¬ gleicht der MP diesen Wert mit vorbestimmten Schwellenwerten, und wenn der Messwert größer ist als ein erster Schwellenwert, erzeugt der MP ein Signal „Achtung". Wenn dieser Wert während einer vorbestimmten Zeit (durch Vorschriften empfohlen) auf einen zweiten Schwellenwert angestiegen ist, erzeugt der MP ein Signal„Alarm".
Es kann auch andere Taktiken zum Schutz gegen Feuer geben, zum Beispiel kann ein Benutzer bestimmen, nur einen Schwellenwert ohne Zeitberechnung zu überschreiten. Oder der Benutzer kann bestimmen, dass die Rauchstärke differenziert und ein Alarm bei einem plötzlichen Signalanstieg gegeben wird. Oder der Benutzer kann bestimmten, dass plötzliche Sprünge (aufgrund sich nahe des Melders bewegender Menschen) ignoriert werden, in diesem Fall kann der Melder aber eine Reihe schnell aufeinanderfolgender Messungen durchführen und dabei Reflexionen von sich bewegenden Objekten wirksam eliminieren. Für andere Anwendungen ist eine schnelle Reaktion selbst auf geringe Rauchpegel unerlässlich (zum Beispiel, wenn Lüftungssysteme fast das gesamte Luftvolumen abziehen und 1 Minute lang Räume mit Frischluft füllen) .
Der Mikroprozessor MP kann mit Hilfe eines Ausgangstreibers immer genaue Daten über die Rauchdichte an die höhere Ebene des Brandschutzsystems übertragen . Und dies wird auch stark empfohlen, weil auf der höheren Ebene die Empfangseinheit Informationen über Rauchdichtepegel aus vielen verschiedenen Meldern sammelt und eine statistische Analyse durchführt, Zahlen abtrennt, die einen Verdacht aufkommen lassen können (zum Beispiel, wenn nahe einem Melder wirklicher Rauch aus einer sehr kleinen Quelle wie etwa einer Zigarette erfasst wird, aber an anderen Meldern nur ein langsamer Anstieg im Hintergrundstörpegel zu erkennen ist). Dies wird in einer unserer Modifizierungen mit vielen Meldereinheiten bewerkstelligt. Das ist fast alles über das Hauptverfahren.
Das Verfahren zum Staubausgleich im Melder umfasst spezielle Konstruktions¬ lösungen, die in Fig. 7 gezeigt sind. Die Erfinder fanden heraus, dass, wenn eine Rille am Umfang des Meldergehäuses so hergestellt wird, dass diese durch die lichtemittierenden Elemente und Sensorelemente verläuft, Reflexionen von Licht zu sehen sind, das durch die reflektierenden Ränder der Rille von den lichtemittierenden Elementen zu den Sensorelementen übertragen wird, auch wenn gar kein direkter Lichtdurchgang besteht. Es ist unerheblich, wie groß oder dünn diese Rille ist, sie sollte nur durch die Elemente verlaufen, wobei die lichtemittierenden und Sensorelemente auf ihrer Innenseite angeordnet sind. So gibt es mehrere Konstruktionslösungen zum Staubausgleich.
In einer ersten Lösung fräst man eine breite ovale Ebene aus und belässt eine glatte Flanke am Umfang in Form einer Helix, und in der Mitte des Gehäuses in Form eines flachen Kreises. In der zweiten Konstruktionslösung hat man zwei separate Rillen ovaler Form, eine enthält lichtemittierende Elemente und das Hauptsensorelement SEI, und die zweite, kleinere ovale Rille enthält lichtemittierende Element und das zweite Sensorelement SE2. Eine dritte Konstruktionslösung verfügt nur über kleine reflektierende Flächen nahe den lichtemittierenden Elementen und dem zweiten Sensorelement. Die kleinen reflektierenden Kanten in dieser Lösung sind eigentlich nur eine Fortsetzung von Kanälen im Meldergehäuse, in die lichtemittierende Elemente eingesetzt sind; dies genügt, um eine ausreichende Reflexion zum Sensorelement SEI zu erhalten. Alle vorstehende Teile sind in Fig. 7 schraffiert markiert.
Im vorgeschlagenen Verfahren zum Staubausgleich misst der Mikroprozessor MP zuerst das Signal vom Hauptsensorelement SEI. Dazu wählt der Mikroprozessor MP einen möglichen Zeitpunkt zur Messung nach dem Verfahren zur Bekämpfung künstlichen Lichts, misst dann das Signal aus dem Erfassungsbereich nach dem Hauptverfahren, und korrigiert dieses dann. Eine Staubkorrektur wird nur durchgeführt, wenn keine Brandgefahr besteht. Dann überträgt der MP ein Signal an das Summierglied Sl und schaltet den Kanal vom Sensorelement SE2 aus, um nur Messungen am SEI durchzuführen . Der MP misst das
Signal vom SEI und speichert es in seinem Speicher, dann schickt er ein Signal an das Summierglied Sl und schaltet den Kanal vom Sensorelement SEI aus und den vom Sensorelement SE2 ein, um nur am SE2 Messungen durchzuführen. Dann misst der MP das Signal vom SE2 und speichert es auch in seinem Speicher. Der MP vergleicht Signale aus einer früheren Kalibrierung mit neu gemessenen Signalen und berechnet eine Sättigung des Signals aufgrund von Staub auf seiner Oberfläche.
Dank dieses Verfahrens weiß man genau, welche Zahlen der Melder maß als er erstinstalliert war, und welche Zahlen er nach Jahren des Betriebs hat. Man misst auch Signale genau an den Arbeitsdioden SEI und SE2 mit realen lichtemittierenden Elementen, die für Messungen im Hauptverfahren verwendet wurden . Dies verhindert Fehler aufgrund von unterschiedlicher Staubdicke oder Hindernissen an Dioden . Es ist auch wichtig, festzuhalten, dass in diesem Fall kein Testlicht emittierendes Element vonnöten ist, weil man immer ein Signal von der reflektierenden Rille hat, um die Vorrichtung zu testen.
In verschiedenen Figuren finden sich diverse Konstruktionsvarianten : Rauchmelder der offenen Bauart (Variante 1, Fig. 4), Rauchmelder der offenen Bauart kombiniert mit Temperaturmelder (Maximah/Differentialbauart) (Variante 2, Fig. 13), Rauchmelder der offenen Bauart, kombiniert mit UV- Flammenmelder (Variante 3, Fig. 14), Rauchmelder der offenen Bauart, kombiniert mit IR-Flammenmelder (empfindlich in mindestens 2 Spektralbereichen) (Variante 4, Fig. 14), Rauchmelder der offenen Bauart, kombiniert mit Temperaturmelder und UV-Flammenmelder (Variante 5, Fig. 15), Rauchmelder der offenen Bauart, kombiniert mit Temperaturmelder und IR-Flammenmelder (Variante 6, Fig . 15). Rauchmelder der offenen Bauart, kombiniert mit Temperaturmelder, UV-Flammenmelder und IR-Flammenmelder (empfindlich in mindestens zwei Spektralbereichen) (Variante 7, Fig . 16).
Es kann auch Teilmodifizierungen kombiniert mit Temperaturmeldern und Flammenmeldern der UV- und/oder IR-Bauart geben . Alle diese Varianten können mit Lichtwellenleitern oder Kabeln ausgestattet sein, um eine Kommunika-
tion zwischen Steuereinheit MU (wo sich die gesamte Elektronik befindet) und einer abgesetzten Detektoreinheit RDU herzustellen (wo man nur Optik für Hochtemperaturanwendungen anordnet oder zuverlässige einfache Elektronik wie Dioden einsetzt) (Variante 10, Fig. 17). Eine modifizierte Lösung ist als Variante 11 in Fig. 18 gezeigt. Fig. 18 zeigt eine Hauptmeldereinheit MU, die mit mehreren abgesetzten Sensoreinheiten RDU1 bis RDU4 verbunden ist. Dies ist eine gute Lösung für die Industrie, wo eine große Arbeitshalle oder Werkstatt als eine Zone für ein Feuerlöschsystem geschützt werden kann. Dies gibt Anwendern die Gelegenheit, nur einen oder zwei Melder mit vielen abgesetzten Sensoreinheiten (bis zu 30 bei einer Haupteinheit) anstelle von Dutzenden von separaten Meldern anzubringen. Das ist eine ausnehmend ökonomische Lösung.
Nachfolgend werden einige weiterhin erwähnenswerte Aspekte vorteilhafter Ausführungen des vorgeschlagenen Rauchdetektors bzw. seines Betriebs und seiner Anwendung erwähnt:
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass der Mikroprozessor MP Feineinstellungen in den Verstärkern A2, A3 und A4 durchführen kann; dies wird zur automatischen Kalibrierung der Vorrichtung im Werk benötigt. Die Verbindung zwischen dem MP und dem Integrierglied ist dazu gedacht, das Integrierglied nur in bekannten Zeiträumen mit Speicherung des Pegels des integrierten Signals und seiner Rücksetzung durch den MP arbeiten zu lassen. Es wird gegenwärtig ein Hochgeschwindigkeits- ADC verwendet, in preisgünstigeren Modifizierungen kann man aber einen langsameren ADC in Kombination mit einem durch den Mikroprozessor MP gesteuerten Spitzendetektor verwenden. Der ADC kann ein Teil des Mikroprozessors sein.
Das typischerweise schwache Signal des Lichterfassungselements erfordert grundsätzlich hohe Verstärkungsfaktoren, diese sind aber unvermeidlich mit entsprechendem Stromverbrauch und zusätzlichem Rauschen verbunden. In einer Ausführung der Auswertungsschaltung wird daher ein aus einer positiven und nachfolgenden negativen Halbwelle bestehendes Primärsignal, nach Filterung und Verstärkung, durch Invertierung der negativen Halbwelle und Addition zur positiven Halbwelle verarbeitet. In einer Ausgestaltung, bei der vor dem Integrator ge-
eignete Schaltelemente vorgesehen sind, werden Teile der Halbwellen ausgeblendet, um insbesondere nur den mittleren Abschnitt mit größter Signalamplitude als Nutzsignal durchzulassen.
Zweckmäßige Ausführungen haben ein Metallgehäuse, sind stoßsicher und vanda- lensicher, haben einen Sockel mit Schrauben, keine bündige Lösung, aber eine solide Befestigung von Drähten an Kontakten an der Seitenfläche des Sockels mit Schrauben. Diese Lösung ist gegen alle Arten von Vibrationen resistent und kann sogar in Eisenbahnwaggons sicher eingesetzt werden.
Es können mehrere Gruppen von lichtemittierenden Elementen vorhanden sein, das gibt ein besseres Leistungsverhalten bei schwarzem Rauch (vgl. Fig. 8, 9,
10) . Es können zwei verschiedene Zonen zur früheren Erfassung eingerichtet werden, und für Rauch, der sich in Schichten oder Horizonten ausbreitet (vgl. Fig.
11) . Es können Gruppen von lichtemittierenden Elementen mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit vorhanden sein, dies ermöglicht uns, schwarzen Rauch sowie Aerosole aus brennenden Metallen (wie etwa Na, AI, Fe) zu unterscheiden (vgl. Fig. 12). Der Rauchmelder der offenen Bauart kann mit einem Temperaturmelder, Flammen-, UV- und IR-Melder kombiniert werden (vgl. Fig. 13, 14, 15, 16).
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht auch in der Opition des Aufbaus eines neuartigen Rauchdetektionssystems, wie es in Fig. 19 skizzenartig dargestellt ist. Das Rauchdetektionssystem SYS umfasst in der beispielhaften Darstellung eine Systemsteuerstation SCS und drei Rauchdetektoren SD1, SD2 und SD3 mit grundsätzlich unterschiedlichem Aufbau, die in verschiedenen Räumen eines zu überwachenden Gebäudes angeordnet sind. Der Rauchdetektor SD1 ist vom integrierten Typ, bei dem allen Komponenten in einem einzigen Gehäuse untergebracht ist; der Rauchdetektor RD2 ist vom zweiteiligen Typ, wie er in Fig. 17 und 19 gezeigt und weiter oben beschrieben ist, und umfasst eine Steuereinheit MU2 und eine abgesetzte Detektoreinheit RDU2 und der Rauchdetektor RD3 kann als mehrteiliger Typ bezeichnet werden, bei dem neben einer Steuereinheit MU3 und einer die der eigentlichen Rauchmeldung dienenden Sende- und Erfassungselemente enthaltenden Detektoreinheit RDU3 noch (mindestens) ein abgesetzter Zu-
satzdetektor XDU vorgesehen ist. Verbindungen zwischen den Systemkomponen¬ ten und Sub-Komponenten sind auf die im allgemeinen Beschreibungsteil erwähnte Weise als bidirektionale Kommunikationsverbindung einer ersten, zweiten und dritten Ebene, mindestens teilweise auf Lichtleitfaser- bzw. Funkbasis, hergestellt.
Ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Netzes ist wie folgt: Es gibt ein Spezial- programm auf einem Laptop oder einer Empfangseinheit mit Funkkanal, und dieses Programm findet einen Melder von unserer Firma, sobald er eingeschaltet ist. Dann werden die Melder einzeln nacheinander eingeschaltet und entsprechend der Projektdokumentation an der Decke angebracht, und es wird keine Drahtverbindung benötigt. Die Melder melden sich selbst im PC an, und sie bekommen je nach ihrer Priorität Zugriffsrechte. So montiert man zuerst„Server"-Melder, die Information von anderen untergeordneten Meldern an den PC weiterleiten, und die„Server"-Melder müssen immer in direkter Sicht aufeinander sein. Wenn ein „Server"-Melder von anderen durch eine Wand getrennt ist, kann es notwendig sein, eine kurze Drahtverbindung durch die Wand zum naheliegendsten Melder herzustellen. In der Praxis sind diese Drahtverbindungen sehr kurz (ca. 2 m) und können durch den Türeingang montiert werden. Untergeordnete Melder in jedem Raum übertragen ihre Information an die„Server"-Melder, die sie dann über einander an den Haupt-PC oder nur eine Empfangseinheit mit Funkkanal durchleiten. Dies bedeutet, dass ein Meldernetz etwa in einer Schule ohne Schwierigkeit, ohne Drahtverbindungen und Kosten für seine Montage und mit beträchtlicher Einsparung bei der Hardware aufgebaut werden kann.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die hier gezeigten und beschriebenen Beispiele und der hervorgehobenen Aspekten beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Rauchdetektors vom offenen Typ, der mindestens ein lichtemittierendes Element und mindestens ein Lichterfassungselement in einem offenen Gehäuse und eine Stromversorgungseinheit und eine Steuereinheit aufweist, wobei das Verfahren eine Kalibrierungsprozedur umfasst, welche die Schritte aufweist:
a) Bereitstellen und Betreiben des Rauchdetektors in einem großen Raum, zusammen mit einem geeichten Rauchdichtemesser und in Verbindung zu einer Kalibrierungs-Steuereinheit über einen bidirektionalen Kommunikationskanal und optional zu dem geeichten Rauchdichtemesser,
b) Graduelles Füllen des Raums mit Rauch,
c) im Ansprechen auf die Erfassung eines ersten vorbestimmten Wertes der Rauchdichte durch dem geeichten Rauchdichtemesser, Anweisen des Rauchdetektors zum Speichern seines eigenen aktuellen Detektionssignals oder zum Übertragen desselben an die Kalibrierungs-Steuereinheit und Anweisen des geeichten Rauchdichtemessers zur Übermittlung seines Signals an den Rauchdetektor oder an die Kalibrierungs-Steuereinheit,
d) Ausführen eines Vergleichs zwischen den Detektionssignalen des Rauchdetektors und des geeichten Rauchdichtemessers, begleitet von einer Justierung der Stromversorgungseinheit des Rauchdetektors derart, dass dessen Detektions- Signal gleich dem Detektionssignal des geeichten Rauchdichtemessers gemacht wird, um einen ersten kalibrierten Messpunkt des Rauchdetektors zu erhalten, und Speichern der entsprechenden justierten Stromversorgungsparameter,
e) Wiederholen der Schritte c) und d) eine vorbestimmte Anzahl von Malen, um weitere kalibrierte Messpunkte und entsprechende Sätze von Stromversorgungsparametern des Rauchdetektors zu erhalten und zu speichern, und
f) Bereitstellen eines ersten kalibrierten Betriebsablaufs des Rauchdetektors, unter Nutzung der gespeicherten Sätze von Stromversorgungsparametern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, welches die weiteren Schritte aufweist:
g) Starten des Betriebs des Rauchdetektors im ersten kalibrierten Betriebsablauf,
h) Graduelles Entfernen des Rauchs aus dem Raum,
i) Wiederholen der Schritte c) und d) eine vorbestimmte Anzahl von Malen während der graduellen Verringerung der Rauchdichte, um eine Anzahl von feinkalibrierten Messpunkten und entsprechende Sätze von verfeinerten Stromversorgungsparametern zu erhalten und diese Parameter zu speichern, und
j) Bereitstellen eines zweiten kalibrierten Betriebsablaufs des Rauchdetektors, unter Nutzung der gespeicherten Sätze verfeinerter Stromversorgungsparameter.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt b) durch Verbrennen einer Probe im Raum ausgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei Schritte h) durch Betreiben einer Absaugeinrichtung ausgeführt wird, insbesondere nachdem das Verbrennen der Probe beendet ist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend das Gewinnen entsprechender Rauchdetektorsignale bei mindestens zwei verschiedenen Temperaturen in einer Atmosphäre mit verschwindender oder konstanter Rauchdichte, das Vergleichen der Rauchdetektorsignale, das Einstellen der Stromversorgung derart, dass die Rauchdetektorsignale bei den verschiedenen Temperaturen gleich werden, das Speichern der jeweiligen T-justierten Stromversorgungsparameter in Relation zu den verschieden Temperaturen, und das Bereitstellen eines T-kalibrierten Betriebsablaufs, unter Nutzung der gespeicherten T-justierten Stromversorgungsparameter.
6. Verfahren zur Herstellung eines Rauchdetektors vom offenen Typ, der mindestens ein lichtemittierendes Element und mindestens ein Lichterfassungselement in einem offenen Gehäuse und eine Stromversorgungseinheit und eine Steuereinheit aufweist, wobei das Verfahren anstelle einer detektor-spezifischen Kalibrierungsprozedur die Implementierung eines kalibrierten Betriebsablaufs, unter Nutzung von gespeicherten Sätzen von Stromversorgungsparametern, um- fasst, welcher mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche für mindestens einen anderen Rauchdetektor ermittelt wurde.
7. Verfahren nach Anspruch 6, welches eine Ersatz-Kalibrierungsprozedur unter Nutzung eines Rauchdichte-Äquivalents einschließt.
8. Rauchdetektor vom offenen Typ, welcher eine Steuereinheit, die eine Stromversorgung und Signalverarbeitungselektronik enthält, und mindestens eine entfernte Detektoreinheit, die mindestens ein lichtemittierendes Element und mindestens ein Lichterfassungselement in einem offenen Gehäuse aufweist, sowie eine bidirektionale Kommunikationsverbindung einer ersten Ebene zwischen der entfernten Detektoreinheit oder den Detektoreinheiten und der Steuereinheit um- fasst.
9. Rauchdetektor nach Anspruch 8, wobei die Kommunikationsverbindung der ersten Ebene eine optische Faserverbindung oder Funkverbindung aufweist.
10. Rauchdetektor nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Kommunikationsverbindung der ersten Ebene eine serielle Verbindung zwischen der Steuereinheit und den entfernten Detektoreinheiten aufweist, wobei nur ein Teil der entfernten Detektoreinheiten, vorzugsweise nur eine entfernte Detektoreinheit, direkt mit der Steuereinheit verbunden ist, während jede der verbleibenden entfernten Detektoreinheiten mit der Steuereinheit über eine direkt angeschlossene entfernte Detektoreinheit verbunden ist.
11. Rauchdetektionssystem, welches eine Mehrzahl von Rauchdetektoren vom offenen Typ nach einem der Ansprüche 8 bis 10 und eine Systemsteuerstation sowie eine bidirektionale Kommunikationsverbindung einer dritten Ebene zwischen mindestens einem der Rauchdetektoren und der Systemsteuerstation aufweist.
12. Rauchdetektionssystem nach Anspruch 11, wobei die Steuereinheiten der Rauchdetektoren miteinander durch eine drahtgebundene bidirektionale Kommunikationsverbindung einer zweiten Ebene verbunden sind und nur ein Teil der Steuereinheiten, bevorzugt nur eine Steuereinheit, direkt mit der Systemsteuerstation verbunden ist, während die verbleibenden Steuereinheiten über eine direkt angeschlossene Steuereinheit mit der Systemsteuerstation verbunden sind.
13. Rauchdetektionssystem nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Kommunikationsverbindung der dritten Ebene eine auf dem IP- oder Ethernet-Protokoll basierende optische Faser- oder Funkverbindung aufweist.
14. Rauchdetektionssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Systemsteuerstation mit den Steuereinheiten der Rauchdetektoren und den Temperaturdetektoren und/oder Flammendetektoren und/oder kombinierten Detektoren in einer nutzer-definierten Konfiguration verbunden ist und Eingänge zum Empfang von Signalen von allen angeschlossenen Einheiten und Detektoren sowie eine Zentralverarbeitungseinheit aufweist, die zu einer zusammenfassenden und bewertenden Signalverarbeitung der empfangenen Signale, insbesondere unter Einschluss einer statistischen Analyse und/oder Datenfilterung zur Störbefreiung, und zur Ausgabe eines System-Ausgangssignal im Ergebnis dieser Verarbeitung ausgebildet ist.
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