WO2014135337A1 - Gefahrenmelder mit einem kontaktlos arbeitenden wärmestrahlungssensor sowohl zur detektion von offenem feuer als auch zur ermittlung einer umgebungstemperatur - Google Patents

Gefahrenmelder mit einem kontaktlos arbeitenden wärmestrahlungssensor sowohl zur detektion von offenem feuer als auch zur ermittlung einer umgebungstemperatur Download PDF

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housing
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • G08B29/18—Prevention or correction of operating errors
    • G08B29/183—Single detectors using dual technologies

Definitions

  • the invention relates to a hazard detector, in particular a flame detector, which has a detector housing with a detector hood.
  • the hazard detector is preferably designed as a point detector. It is a housing part of the detector ⁇ hood for thermal radiation in the middle infrared range permeable.
  • a sensitive to the incoming heat radiation, contactless operating and optically aligned on the housing part heat radiation sensor is arranged in the detector housing.
  • the heat radiation sensor is a proces ⁇ processing unit for processing a signal output from thermal radiation sensor sensor signal downstream.
  • the processing unit is configured to monitor the sensor ⁇ signal on the occurrence of significant fluctuations or flicker frequencies for an open flame out.
  • the invention further relates to a method for detecting open fire and for determining a temperature value in the environment of a danger detector.
  • the thermal radiation sensor preferably has a thermopile or a bolometer.
  • the thermopile and the bolometer typically each have one (single) sensor layer which is sensitive to thermal radiation, in particular they are non-imaging, ie they have no matrix from a variety of heat radiation sensitive "pixels" such as For example, a matrix of 16 by 16 or 32 by 32 "pixels.” In this sense, the heat radiation sensors considered have only a single "pixel".
  • flame detectors are known as hazard detectors of the prior art that for the detection of an open fire with its characteristic modulated emissions as well as for issuing an alarm in less than one second are typi ⁇ cally provided in a fraction of a second.
  • Such detectors are designed in terms of Signalverarbei ⁇ tung to the characteristic flicker frequencies of open fire, which means of flame and flaming embers, tuned in the infrared region and, optionally, in the visible and ultra violet ⁇ th region.
  • the temperature sensor is preferably mounted on the detector apex to detect the ambient temperature of the Ge ⁇ driving detector as possible independent of direction.
  • the temperature sensor is typically an NTC resistor.
  • the electrical connection to a corresponding evaluation unit, which is located on a circuit board of the danger detector, is effected by a connecting line, which leads mostly through the optically sensitive interior of the detector housing and through the measuring chamber located therein for smoke detection. This leads to complex designs with regard to the measuring chamber and makes it difficult to install the danger detector.
  • the processing unit is additionally configured to determine from a DC component of the sensor signal a temperature value for an ambient temperature in the environment of the danger detector.
  • the core of the invention lies in the realization that one hand rapid changes of the sensor signal for the detection of open flames and also the DC component of Sen ⁇ sorsignals, ie the DC component, can be used by measurement for temperature determination on pyrometric ways.
  • the DC component corresponds to a substantially con stant ⁇ and only slowly varying value for the heat radiation from the located in the optical detection area for continuous heat radiating housing case part of the detector cover is radiated.
  • This thermal radiation is in egg ⁇ nem directly related to the temperature of the housing part, wherein the temperature of the housing part, that is, more specifically, the Tem ⁇ temperature, followed by lying on the inside of the housing part with a low, acceptable delay of the actual ambient temperature.
  • the melts derhaube and thus the housing part in accordance with intended ceiling mounting usually the fastest.
  • the housing part is rotationally symmetrical. It is in particular circular disk-shaped or geometrically part of a spherical surface.
  • the heat radiation sensor is arranged as an SMD component on this circuit carrier. In comparison to a manual assembly of the NTC resistor required for this, these are eliminated here. In addition, an auto ⁇ mated SMD assembly is significantly less expensive and more accurate.
  • the signaling hood is composed of the heat radiation in the middle infrared permeable housing part and an adjacent, light-tight running residual part.
  • light-tight it is meant that the remainder of the detector hood is neither transparent to visible light nor to infrared light
  • the material of the remainder of the detector hood is preferably a white plastic ⁇ material, such as polyethylene, in which UV-stabilized 1O 2 - or ZnO particles is introduced.
  • Plastic has long been used in conventional fire and smoke detectors.
  • the housing part has a material which is permeable to light in the mid-infrared range, in particular in a wavelength range from 3 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • a material which is permeable to light in the mid-infrared range, in particular in a wavelength range from 3 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • Such a material may e.g. one
  • Plastic such as a thermoplastic plastic on Ba ⁇ sis of polymethyl methacrylate or polycarbonate, a glass such as quartz glass or germanium glass, or a ceramic, such as transparent fine crystalline spinel ceramics based on magnesium and aluminum oxide.
  • scattering particles are incorporated in the material of the housing part in such a volume fraction and in such a size distribution that they disperse the visible light and allow the infrared light to pass largely.
  • the structuring ⁇ tion preferably comprises structural widths in the range of the wave- length of the infrared light on, that is, line widths in the range of 3 to 20 ym ym.
  • the structures can be eg punctations or lines. Such structuring can be achieved, for example, by etching, finest brushing or electron polishing of the housing part surface.
  • the material appears in the three previously ge ⁇ called embodiments in the optically visible area as opaque, in particular as opaque or white opaque.
  • the Danger detector thus has a housing or a detector hood as part of the housing, which is known in its design to a viewer of other fire detectors in itself. Otherwise, it may arouse suspicion at the viewer with a dark and glassy appearing Geotrou ⁇ seteil in the detector cover, it might be here to a surveillance camera han ⁇ spindles. This is advantageously avoided by the opaque in the optically visible area, preferably white overall appearance of the hazard alarm.
  • heat radiation particles having an emissivity for the heat radiation in the infrared range of at least 0.75, preferably of at least 0.9 are introduced into the material of the housing part.
  • the nickelab ⁇ beam particles may be, for example, Russteilchen. Due to the resulting higher heat radiation better measurement evaluation with higher accuracy is possible at the same temperature.
  • the housing part is located at a central position, in particular in the center of the housing, for the largely direction-independent detection of the ambient temperature. Because the housing part is heated as fast in the center of the detector cover from any direction, is achievable by the central arrangement of a significantly klei ⁇ nere directionality in the thermal response.
  • the integrated cookedsein is adapted for constructing and derivation of the temperature value of the DC component of the sensor signal and from egg ⁇ nem stored value for the emissivity of the housing part.
  • the arithmetic determination of the temperature value is generally known according to the pyrometric measuring principle. The computational effort required for this can be beneficial ⁇ way of a provided anyway for control and evaluation of the danger sensor processing unit having taken over ⁇ men.
  • the emissivity of the housing part of the detector housing Be is dependent on the surface condition and / or the ⁇ sen material. The emission required for this degree ⁇ example can be found in a sample test measurement.
  • the determined value can then be stored electronically in the processing unit or can be loaded from a nonvolatile semiconductor memory connected thereto.
  • the processing unit is preferably a microcontroller. Such a microcontroller then has the computation steps necessary for a computational determination and derivation of the temperature value from a current value of the sensor signal and from the stored emission value.
  • the microcontroller may also comprise an A / D converter for converting the sensor signal output by the thermal radiation sensor into a corresponding digital value.
  • the microcontroller is set up to take over a large part or all control and evaluation tasks of the danger detector up to the alarm output.
  • the hazard detector can also have two sensitive for heat radiation in the infrared range, contactless processing ⁇ tend heat radiation sensors having mutually different spectral sensitivity and the heat radiation proces ⁇ processing unit.
  • the processing unit is set up in the case ⁇ sem for determining the temperature value based on a ratio pyrometry. It is then uniquely determined from the Ver ⁇ ratio of two captured direct components of sensor signal values of the temperature value. In this case, the comparatively complex computational determination of the temperature value is based on the emissivity.
  • only one heat radiation sensor can be provided for the detection of open fire and for determination of the ambient temperature, without it being necessary to determine and take into account the emissivity.
  • the heat radiation sensor is preceded, for example, by an electrically controllable optical filter, so that two filter frequency ranges which are different from one another can be set.
  • the electrical control and the appropriate evaluation of the DC component of the sensor signal on the basis of a ratio pyrometry is then vorzugswei ⁇ se by the processing unit.
  • the optical filter can be designed, for example, such that it can be switched to a filter frequency of 4 .mu.m or 5.5 .mu.m, each with a bandwidth of 0.1 .mu.m, around these filter frequencies.
  • the heat radiation sensor and the processing unit are combined in one component to form a non-contact flame detector / temperature sensor. This advantageously reduces the development, component and assembly costs.
  • the heat radiation sensor has a heat radiation-sensitive sensor surface. It is arranged between the sensor surface and the housing part ei ⁇ ne for light in the mid-infrared transparent optical lens. As a result, the heat radiation sensor can monitor a larger detection area for the presence of open fire.
  • a light guide angeord ⁇ net between the sensor surface and the housing part in the detector hood is transparent to mid-infrared light.
  • the heat radiation ⁇ sensor may for example be arranged at an outer edge on the circuit substrate, or in a non-critical area in the case of an existing optical measuring chamber for smoke particles.
  • the housing part can continue to remain at a central position on the inside of the detector hood, wherein the symmetry ⁇ axes of the housing part and the entire housing vorzugswei ⁇ se aligned with each other. Also in this case, the heat radiation sensor and the housing part of the detector hood are on visually facing the central position.
  • the coupled from the housing part in the optical waveguide heat radiation runs over several total reflections in the optical fiber for coupling to the sensor surface of the heat radiation sensor.
  • the interior of the detector housing can be kept free, such as for receiving an optical measuring chamber.
  • Optically disturbing components, such as, for example, through the measuring chamber guided connection lines can be advantageously eliminated.
  • the assembly is simplified considerably.
  • the heat radiation sensor has a thermopile or a bolometer.
  • thermopiles and bolometers are able to detect both static and dynamic heat differences.
  • thermopile available as an SMD component is e.g. the "Infrared Thermopile Sensor TMP006" from
  • Texas instrument with housing dimensions of 1.6 mm x 1.6 mm.
  • This device also has a digital data ⁇ interface for outputting a digital sensor already ⁇ signal for possible further processing by a microcontroller or microprocessor.
  • the processing unit is set up to output a first message in the event of detected significant fluctuations or flicker frequencies and a second message, if the determined temperature value for the surroundings of the alarm in which a predetermined temperature comparison value is exceeded.
  • This message can eg be an alarm message if a temperature value of eg 65 ° C is exceeded.
  • the message can be issued by cable or wirelessly to a hazard alarm center or visually and / or acoustically directly at the hazard alarm.
  • a gas sensor for combustion gases and / or a measuring chamber with a scattered light arrangement for the detection of smoke particles is recorded in the danger detector. It is arranged in the housing at least one inlet opening for the fire smoke gases or smoke particles to be detected.
  • an optical smoke detector In the case of an optical smoke detector, they can have one or more arranged in or on the detector housing Streulichtanord ⁇ voltages for detecting smoke particles.
  • the optical smoke detector can be designed as an open smoke detector in which the detection area is outside the Melderge ⁇ housing. He may also have a arranged in the detector housing closed measuring chamber for smoke detection.
  • Such an optical measurement chamber will be ⁇ also referred to as the labyrinth, which is shielded on one side by optical stops to ambient light, however, on the other hand is permeable to animal to be detected of smoke particles.
  • the Mel ⁇ dergecher has at least one inlet opening for the possible entry of smoke particles in the optical measuring chamber.
  • the hazard detector can have a detector unit operating according to the optical extinction method and / or a detector unit operating according to the acousto-optical principle.
  • the considered hazard detectors can be connected via a common detector line, in particular via a two-wire line, signal and / or data technology with a security alarm center or with a fire alarm panel.
  • a common detector line in particular via a two-wire line, signal and / or data technology with a security alarm center or with a fire alarm panel.
  • Several such hazard detectors may be connected in detector zones or detector lines to such a danger control panel, via which typically also the electrical supply of the hazard alarm is done with power.
  • the hazard alarms can be "wireless", in which case they preferably communicate by radio with the hazard alarm center or with other hazard alarms.
  • the object of the invention is further achieved by a method for the detection of open fire and for determining a temperature value in the environment of a hazard detector ge ⁇ , wherein a by heat radiation in the mid-infrared range, especially in a wavelength range of 3 ym to 20 ym, permeable Housing part incoming Wär ⁇ mestrahlung contactless by means of a sensitive heat radiation sensor, in particular by means of a thermopile or a bolometer, is detected as a sensor signal. It is on the one hand, the sensor signal to open fire charac ⁇ teristic fluctuations or flicker frequencies monitored for and issued a first message upon detection.
  • a Tem ⁇ peraturwert for an ambient temperature in the vicinity of the hazard detector in pyrometric ways. Closing ⁇ Lich the temperature value and / or a second message is output if the temperature exceeds a pre-determined value ⁇ given temperature comparison value.
  • the temperature value is calculated by taking into account an emission degree dependent on the material and / or the surface condition of the housing part for its heat radiation in the mid-infrared range.
  • the temperature value can also be determined on the basis of a ratio pyrometry.
  • ⁇ means of the ratio pyrometry, which is also known as two-color Pyro ⁇ geometry, no investigation and consideration of the emissivity.
  • 1 shows an example of a trained as a flame detector
  • FIG. 4 shows a measurement principle for the detection of open fire and for determining a temperature value in the surrounding ⁇ environment of a point-shaped hazard detector according to the invention, and an example of an embodied as optical smoke detector hazard detector with internal optical measurement chamber and with an optical fiber according to the invention.
  • FIG. 1 shows an example of a flame detector having formed ⁇ th hazard detector 1 according to the invention.
  • the reference sign 2 is a detector housing referred to, which has under ⁇ a designated 21 detector hood.
  • the mel ⁇ derhaube 21 may also be referred to as detector cover, cover or detector cap.
  • Also drawn in is an axis of symmetry of the detector housing 2, which is typically rotationally symmetrical and thus represents a central area Z for the danger detector 1.
  • a housing part 22 of the detector hood 21 is shown, which is permeable to heat radiation W in the middle infrared range.
  • the housing part 22 is preferably designed rotationally symmetrical, as for example in the present example in the form of a circular disk.
  • the designated with 21 ⁇ , contiguous to the housing part 22 remaining part of the dome DETECTOR 21 is, however, a light-tight, ie, by this remaining portion 21 passes ⁇ virtually no light either in the visible or in the infrared region in the housing interior IR.
  • a detector base for releasably receiving the hazard detector 1 is preferably designated on a ceiling.
  • a circuit carrier 3 such as a printed circuit board, is included.
  • On this circuit substrate 3 typically a plurality of components, such as resistors, capacitors and semiconductor devices are arranged.
  • a reference numeral 4a designated, for heat radiation W sensitive in the infrared range, contactless operating heat radiation sensor 4a and a downstream processing unit 4b for Stammverarbei ⁇ tion of a heat radiation sensor 4a output sensor signal according to the invention.
  • FOV of the optical Erfas ⁇ sungs Kunststoff of the heat radiation sensor 4a is designated.
  • the Processing unit 4b is at least for detecting a signal derived from a DC component of the sensor signal provided Tempe ⁇ raturachess TEMP for an ambient temperature T in the vicinity of the hazard detector 1 and furnished.
  • the processing unit 4b is also set up to monitor the Sen ⁇ sorsignal to the occurrence of significant fluctuations or flicker frequencies for open fires back.
  • the processing unit 4b in accordance with the invention alter ⁇ natively, or in addition, as indicated in the present example by egg NEN arrow, be configured to output a first Mel ⁇ dung FLAME in the case of detected significant fluctuations or flicker frequencies and a second message ALARM if the determined temperature value TEMP for the Um ⁇ environment of the hazard alarm exceeds a predetermined temperature comparison value.
  • the heat radiation sensor 4a has a thermopile configured as an SMD component. It is preferably sensitive to infrared light in the wavelength range from 2 ⁇ m to 50 ⁇ m, in particular from 3 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the processing unit 4b is also set up for calculating and deriving the temperature value TEMP from the DC component of the sensor signal and from a stored value for the emissivity of the housing part 22.
  • the emissivity is dependent on the Oberflä ⁇ chenbelvesheit and the material of the housing ⁇ part 22 shown. 2 shows an example of a danger detector 1 according to a first embodiment.
  • the entire detector hood 21 has a material permeable to infrared light. In particular, this material is opaque to visible light. The case thus appears for a viewer white, dull white or white opaque. Of course, the material may also be different in color, such as red, dull red or red-opaque.
  • a light-tight aperture for infrared light such as in the form of an adhesive film, attached to the inside of the detector hood 21.
  • the housing ⁇ part 22 corresponds to the non-covered by the pinhole 6 part of the detector hood 21.
  • the heat radiation sensor 4a may also be surrounded by a hollow cylinder of a light-impermeable to infrared and visible light material, wherein the hollow cylinder from the circuit board 3 to extends to the inside of the housing part 22 and to the detector hood 21.
  • FIG. 3 shows an example of a danger detector 1 according to a second embodiment.
  • the housing part 22 is at the same time an optical lens 7. It is intended to optically expand the detection area FOV 2 in comparison with the detection area FOV according to FIG. 1 and FIG.
  • the optical lens 7 is rich ⁇ transparent to light in the middle Infrarotbe.
  • the lens 7 can be used as a separate component in a corresponding opening in the detector hood 21.
  • the entire detector hood 21 may be made of infrared light in the wavelength range of from 2 .mu.m to 50 .mu.m, in particular from 3 .mu.m to 20 .mu.m, permeable material are provided be ⁇ , in which case the lens 7 shown in FIG 3 integrally in the detector hood 21 having formed is.
  • an adhesive film can again be used as a perforated panel 6 or a hollow cylinder.
  • FIG 4 shows a measurement principle for the detection of open fire and for determining a temperature value in the TEMP Conversely ⁇ environment of a danger detector 1 dot-shaped.
  • a first heat radiation Wl passing through the housing part 22 and a second second heat radiation W2 emitted by the housing part 22 itself are detected by the heat radiation sensor 4a as a sensor signal SIG.
  • the sum of the first and second Wär ⁇ mestrahlung Wl, W2 is then ultimately the incoming heat radiation W for which operates without contact and optically on the housing part 22 aligned heat radiation sensor 4a is sensitive.
  • the sensor signal SIG is the one hand, monitored for an open fire characteristic fluctuations or Fla ⁇ sugar frequencies and output a first message FLAME upon detection. This can be done for example by a frequency filtering in a frequency range of 6 to 30 Hz, which is typical for flicker frequencies and emissions for open fire. Parallel to this, a DC component of the
  • Sensor signal SIG a temperature value TEMP for an ambient ⁇ temperature T in the vicinity of the hazard detector 1 determined by pyro- metrical ways.
  • the temperature value TEMP and / or a second message ALARM are output if the determined temperature value TEMP exceeds a predetermined temperature comparison value.
  • the determination and output is realized by a processing unit 4b, which together with the heat radiation sensor 4a can also be combined to form a common component 4.
  • the term "0Hz" that here the DC component in the Sensorsig ⁇ nal SIG is evaluated to symbolize.
  • the DC component can for example be derived by low-pass filtering of the sensor signal SIG with a corner ⁇ frequency of, for example 1 Hz. This also allows noise from the sensor signal SIG be filtered out.
  • FIG. 5 shows an example of a hazard detector 1 designed as an optical smoke detector with an internal measuring chamber 8 and with a light guide 9 according to the invention.
  • the heat radiation sensor and the processing unit are combined to form a component in the sense of a combined flame detector / temperature sensor 4.
  • the reference numeral 5 a superordinate main ⁇ processing unit is referred to.
  • the invention is between the sensor surface F of the temperature ⁇ tursensors 4 or between the sensor surface F of the heat radiation sensor 4a as part of the temperature sensor 4, and the Ge ⁇ casing part 22 in the housing interior IR angeord- a light guide 9 net. The latter is transparent to mid-infrared light.
  • the inner region, in particular the scattered light center S, which is optically highly sensitive to scattered light, can be kept free of disruptive line feedthroughs in an advantageous manner.
  • the light guide 9 can for example be snapped in the measuring chamber housing, or be molded onto the housing chamber in the case of a plastic injection-molded part ⁇ .
  • thermopile thermopile

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gefahrenmelder, insbesondere einen Flammenmelder, welcher ein Meldergehäuse (2) mit einer Melderhaube (21) aufweist, wobei ein Gehäuseteil (22) der Melderhaube für Wärmestrahlung (W) im mittleren Infrarotbereich durchlässig ist. Es ist ein im Meldergehäuse für die eingehende Wärmestrahlung empfindlicher, kontaktlos arbeitender und optisch auf das Gehäuseteil ausgerichteter Wärmestrahlungssensor (4a) angeordnet. Dem Wärmestrahlungssensor ist eine Verarbeitungseinheit (4b) zur Weiterverarbeitung eines vom Wärmestrahlungssensor ausgegebenen Sensorsignals (SIG) nachgeschaltet. Die Verarbeitungseinheit ist dazu eingerichtet, das Sensorsignal auf das Auftreten von signifikanten Fluktuationen oder Flackerfrequenzen für offenes Feuer hin zu überwachen sowie aus einem Gleichanteil des Sensorsignals einen Temperaturwert (TEMP) für eine Umgebungstemperatur (T) in der Umgebung des Gefahrenmelders zu ermitteln. Der Wärmestrahlungssensor ist vorzugsweise eine Thermosäule oder ein Bolometer.

Description

Beschreibung
GEFAHRENMELDER MIT EINEM KONTAKTLOS ARBEITENDEN WÄRMESTRAHLUNGSSENSOR SOWOHL ZUR DETEKTION VON OFFENEM FEUER ALS AUCH ZUR ERMITTLUNG EINER UMGEBUNGSTEMPERATUR
Die Erfindung betrifft einen Gefahrenmelder, insbesondere einen Flammenmelder, welcher ein Meldergehäuse mit einer Melderhaube aufweist. Der Gefahrenmelder ist vorzugsweise als Punktmelder ausgebildet. Es ist ein Gehäuseteil der Melder¬ haube für Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereich durchlässig. Zudem ist im Meldergehäuse ein für die eingehende Wärmestrahlung empfindlicher, kontaktlos arbeitender und optisch auf das Gehäuseteil ausgerichteter Wärmestrahlungssensor angeordnet. Dem Wärmestrahlungssensor ist eine Verarbei¬ tungseinheit zur Weiterverarbeitung eines vom Wärmestrahlungssensor ausgegebenen Sensorsignals nachgeschaltet.
Die Verarbeitungseinheit ist dazu eingerichtet, das Sensor¬ signal auf das Auftreten von signifikanten Fluktuationen oder Flackerfrequenzen für offenes Feuer hin zu überwachen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Detektion von offenem Feuer und zur Ermittlung eines Temperaturwertes in der Umgebung eines Gefahrenmelders.
Mit „Infrarotbereich" ist insbesondere der Längenwellenbe¬ reich von 2 ym bis 50 ym gemeint, der auch als mittleres In¬ frarot, abgekürzt als MIR, bezeichnet wird.
Der Wärmestrahlungssensor weist vorzugsweise eine Thermosäule oder ein Bolometer auf. Geläufiger ist in der Fachsprache jedoch der englischsprachige Fachbegriff „Thermopile" für eine Thermosäule. Sowohl die Thermosäule als auch das Bolometer weisen typischerweise jeweils eine (einzige) für Wärmestrah¬ lung empfindliche Sensorschicht auf. Sie sind insbesondere nicht-bildgebend, d.h. sie weisen keine Matrix aus einer Vielzahl von wärmestrahlungsempfindlichen „Pixeln" auf, wie z.B. eine Matrix aus 16 mal 16, oder 32 mal 32 „Pixeln". In diesem Sinne weisen die betrachteten Wärmestrahlungssensoren lediglich ein einziges „Pixel" auf.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Flammenmelder als Gefahrenmelder bekannt, die zur Detektion von offenem Feuer mit seinen charakteristischen modulierten Emissionen sowie zum Ausgeben eines Alarms in weniger als einer Sekunde, typi¬ scherweise in einem Bruchteil einer Sekunde, vorgesehen sind. Derartige Flammenmelder sind hinsichtlich der Signalverarbei¬ tung auf die charakteristischen Flackerfrequenzen von offenem Feuer, das heisst von Flammen und lodernder Glut, im Infrarotbereich und gegebenenfalls im sichtbaren und ultraviolet¬ ten Bereich abgestimmt.
Bei weiteren bekannten, zur Temperaturerfassung eingerichteten Gefahrenmeldern, ist der Temperatursensor vorzugsweise am Melderscheitel angebracht, um die Umgebungstemperatur des Ge¬ fahrenmelders möglichst richtungsunabhängig zu erfassen. Der Temperatursensor ist typischerweise ein NTC-Widerstand . Die elektrische Verbindung zu einer entsprechenden Auswerteeinheit, die sich auf einem Schaltungsträger des Gefahrenmelders befindet, erfolgt durch eine Verbindungsleitung, die zumeist durch den optisch sensiblen Innenraum des Meldergehäuses und durch die darin befindliche Messkammer für die Rauchdetektion führt. Dies führt zu aufwändigen Konstruktionen hinsichtlich der Messkammer und erschwert die Montage des Gefahrenmelders. Darüber hinaus sind nachteilig optische Streuungen an der Durchführung der Verbindungsleitung möglich.
Ein gravierendes Problem dabei ist auch, dass die Umgebungs¬ temperatur mittels des NTC-Widerstands nur punktförmig er- fasst wird. Dies erfordert eine sehr genaue mechanische Posi¬ tionierung. Untersuchungen dazu haben gezeigt, dass bereits Abweichungen von weniger als 1mm vom Scheitelpunkt, das heisst von der geometrischen zentralen Position, zu signifikanten Richtungsabhängigkeiten führen können. Darüber hinaus ist es nachteilig erforderlich, dass der NTC-Widerstand me- chanisch gegenüber der Umgebung geschützt werden muss, wie z.B. mittels eines separaten Doms oder einer Haube.
Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Gefahrenmelder anzugeben, der auf einfache Weise eine Detektion von offenem Feuer und eine Erfassung der Umgebungstemperatur erlaubt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein korrespondie- rendes Verfahren zur Detektion von offenem Feuer und zur Er- fassung der Umgebungstemperatur anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäss ist die Verarbeitungseinheit zusätzlich dazu eingerichtet, aus einem Gleichanteil des Sensorsignals einen Temperaturwert für eine Umgebungstemperatur in der Umgebung des Gefahrenmelders zu ermitteln.
Der Kern der Erfindung liegt in der Erkenntnis, dass einerseits schnelle Änderungen des Sensorsignals für die Detektion von offenem Feuer und andererseits der Gleichanteil des Sen¬ sorsignals, d.h. der DC-Anteil, zur Temperaturermittlung auf pyrometrischem Wege messtechnisch genutzt werden kann.
Der Gleichanteil entspricht dabei einem im Wesentlichen kon¬ stanten und sich nur langsam ändernden Wert für die Wärmestrahlung, die von dem im optischen Erfassungsbereich befindlichen, für Wärmestrahlung durchgängigen Gehäuseteil der Melderhaube abgestrahlt wird. Diese Wärmestrahlung steht in ei¬ nem direkten Zusammenhang mit der Temperatur des Gehäuseteils, wobei die Temperatur des Gehäuseteils, d.h. genauer gesagt, die an der Innenseite des Gehäuseteils liegende Tem¬ peratur, mit geringer, vertretbarer Verzögerung der tatsächlichen Umgebungstemperatur folgt. Dabei erwärmt sich die Mel- derhaube und somit das Gehäuseteil bei bestimmungsgemässer Deckenmontage üblicherweise auch am schnellsten.
Vorzugsweise ist das Gehäuseteil rotationssymmetrisch. Es ist insbesondere kreisscheibenförmig oder in geometrischer Hinsicht Teil einer Kugeloberfläche.
Dadurch können vorteilhaft mittels nur eines Wärmestrahlungs¬ sensors zwei charakteristische Brandkenngrössen erfasst wer¬ den. Ein separates weiteres Bauelement für die Temperaturer¬ fassung in der Umgebung des Gefahrenmelders kann entfallen.
Durch die kontaktlose Erfassung der vom Gehäuseteil abge¬ strahlten Wärmestrahlung entfällt weiterhin vorteilhaft eine aufwändige und EMV-anfällige elektrische Verdrahtung hin zu einer Verarbeitungseinheit für die Erfassung und Auswertung der Temperatur. Zudem befindet sich der „Temperatursensor" vorteilhaft geschützt im Inneren des Gehäuses.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wärmestrahlungssensor als SMD-Bauteil auf diesem Schaltungsträger angeordnet ist. Im Vergleich zu einer hierzu erforderlichen manuellen Montage des NTC-Widerstands entfällt hier diese. Zudem ist eine auto¬ matisierte SMD-Montage deutlich günstiger und exakter.
Darüber hinaus ist mittels der erfindungsgemässen kontaktlosen Umgebungstemperaturerfassung eine im Vergleich zu einer mehr punktuellen Temperaturerfassung bei einem NTC-Widerstand grössere Fläche erfassbar. Im Vergleich zur herkömmlichen Montage mit einem NTC-Widerstand sind Montage- und Bauteilto¬ leranzen vorteilhaft nun weitaus weniger kritisch.
Nach einer Ausführungsform ist die Meldehaube aus dem für Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereich durchlässigen Gehäuseteil und einem angrenzenden, lichtdicht ausgeführten Restteil zusammengesetzt. Mit „lichtdicht" ist gemeint, dass der Restteil der Melderhaube weder für sichtbares Licht, noch für Infrarotlicht durchlässig. Mit „sichtbarem Licht" ist der für den Menschen optisch wahrnehmbare Lichtwellenlängenbe¬ reich von etwa 380 nm bis 780 nm gemeint. Der Werkstoff des Restteils der Melderhaube ist vorzugsweise ein weisser Kunst¬ stoff, wie z.B. Polyethylen, in welches UV-stabilisierte 1O2- oder ZnO-Partikel eingebracht ist. Ein derartiger
Kunststoff wird seit langem bei herkömmlichen Brand- und Rauchmeldern verwendet.
Nach einer Ausführungsform weist das Gehäuseteil einen Werk- Stoff auf, der für Licht im mittleren Infrarotbereich, insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 3 ym bis 20 ym, durchlässig ist. Ein derartiger Werkstoff kann z.B. ein
Kunststoff, wie z.B. ein thermoplastischer Kunststoff auf Ba¬ sis von Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat , ein Glas, wie z.B. Quarzglas oder Germaniumglas, oder eine Keramik sein, wie z.B. transparente feinkristalline Spinell-Keramiken auf Basis von Magnesium- und Aluminiumoxid.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge sind im Werkstoff des Gehäuseteils Streupartikel in einem derartigen Volumenanteil und in einer derartigen Grössenverteilung eingebracht sind, dass diese das sichtbare Licht zerstreuen und das infrarote Licht zum Grossteil passieren lassen. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil der Oberfläche des Gehäuseteils eine derartige Strukturierung aufwei¬ sen, dass diese das sichtbare Licht zerstreut und das in¬ frarote Licht zum Grossteil passieren lässt. Die Strukturie¬ rung weist vorzugsweise Strukturbreiten im Bereich der Wel- lenlänge des Infrarotlichts auf, das heisst Strukturbreiten im Bereich von 3 ym bis 20 ym. Die Strukturen können z.B. Punktierungen oder Linien sein. Eine solche Strukturierung kann z.B. durch Ätzen, feinstes Bürsten oder Elektronenpolieren der Gehäuseteiloberfläche erreicht werden.
Insbesondere erscheint der Werkstoff in den drei zuvor ge¬ nannten Ausführungsformen im optisch sichtbaren Bereich als undurchsichtig, insbesondere als opak oder weiss-opak. Der Gefahrenmelder weist somit ein Gehäuse bzw. eine Melderhaube als Teil des Gehäuses auf, welches in seiner Bauart einem Betrachter von anderen Brandmeldern an sich bekannt ist. Anderenfalls könnte ein dunkel und gläsern erscheinendes Gehäu¬ seteil in der Melderhaube den Argwohn bei dem Betrachter erwecken, es könnte sich hier um eine Überwachungskamera han¬ deln. Dies wird durch das im optisch sichtbaren Bereich undurchsichtige, vorzugsweise weisse Gesamterscheinungsbild des Gefahrenmelders vorteilhaft vermieden.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind im Werkstoff des Gehäuseteils Wärmeabstrahlpartikel mit einem Emissionsgrad für die Wärmeabstrahlung im Infrarotbereich von zumindest 0.75, vorzugsweise von zumindest 0.9, eingebracht. Die Wärmeab¬ strahlpartikel können z.B. Russteilchen sein. Durch die dadurch bedingte höhere Wärmeabstrahlung ist bei gleicher Temperatur eine bessere Messauswertung mit höherer Genauigkeit möglich .
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge befindet sich das Gehäuseteil zur weitgehend richtungsunabhängigen Erfassung der Umgebungstemperatur an einer zentralen Position, insbesondere in der Gehäusemitte. Da sich das Gehäuseteil in der Mitte der Melderhaube aus jeder Richtung ähnlich schnell erwärmt, ist durch die zentrale Anordnung eine deutlich klei¬ nere Richtungsabhängigkeit im thermischen Ansprechverhalten erzielbar .
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Verarbeitungsein heit zur rechnerischen Ermittlung und Ableitung des Temperaturwertes aus dem Gleichanteil des Sensorsignals und aus ei¬ nem gespeicherten Wert für den Emissionsgrad des Gehäuseteil eingerichtet. Die rechnerische Ermittlung des Temperaturwer¬ tes ist allgemein nach dem pyrometrischen Messprinzip bekannt. Der hierzu erforderliche Rechenaufwand kann vorteil¬ haft von einer sowieso zur Steuerung und Auswertung des Gefahrenmelders vorgesehenen Verarbeitungseinheit mit übernom¬ men werden. Der Emissionsgrad des Gehäuseteils der Melderhau be ist dabei von der Oberflächenbeschaffenheit und/oder des¬ sen Werkstoff abhängig. Der hierzu erforderliche Emissions¬ grad kann z.B. im Rahmen einer Musterprüfung messtechnisch ermittelt werden. Der ermittelte Wert kann dann in der Verar- beitungseinheit elektronisch gespeichert sein oder aus einem damit verbundenen nichtflüchtigen Halbleiterspeicher geladen werden. Die Verarbeitungseinheit ist vorzugsweise ein Mikro- controller. Ein solcher MikroController weist dann die für eine rechnerische Ermittlung und Ableitung des Temperaturwer- tes aus einem aktuellen Wert des Sensorsignals und aus dem gespeicherten Emissionswert notwendigen Rechenschritte auf. Der MikroController kann auch einen A/D-Umsetzer zur Umsetzung des vom Wärmestrahlungssensor ausgegebenen Sensorsignals in einen entsprechenden Digitalwert aufweisen. Vorzugsweise ist der MikroController dazu eingerichtet, einen Grossteil oder sämtliche Steuerung- und Auswerteaufgaben des Gefahrenmelders bis hin zur Alarmausgabe zu übernehmen.
Alternativ dazu kann der Gefahrenmelder auch zwei für Wärme- Strahlung im Infrarotbereich empfindliche, kontaktlos arbei¬ tende Wärmestrahlungssensoren mit voneinander verschiedener spektraler Wärmestrahlungsempfindlichkeit sowie die Verarbei¬ tungseinheit aufweisen. Die Verarbeitungseinheit ist in die¬ sem Fall zur Ermittlung des Temperaturwertes auf Basis einer Verhältnispyrometrie eingerichtet. Es ist dann aus dem Ver¬ hältnis zweier erfasster Gleichanteile der Sensorsignalwerte der Temperaturwert eindeutig ermittelbar. In diesem Fall ent¬ fällt die vergleichsweise aufwändige rechnerische Ermittlung des Temperaturwertes auf Basis des Emissionsgrades.
Weiterhin alternativ kann für die Detektion von offenem Feuer und für Ermittlung der Umgebungstemperatur weiterhin nur ein Wärmestrahlungssensor vorgesehen sein, ohne dass eine Ermittlung und Berücksichtigung des Emissionsgrades erforderlich wäre. In diesem Fall ist dem Wärmestrahlungssensor z.B. ein elektrisch ansteuerbares optisches Filter vorgeschaltet, so dass zwei voneinander verschiedene Filterfrequenzbereiche einstellbar sind. Die elektrische Ansteuerung und die dazu entsprechende Auswertung des Gleichanteils des Sensorsignals auf Basis einer Verhältnispyrometrie erfolgt dann vorzugswei¬ se durch die Verarbeitungseinheit. Das optische Filter kann z.B. derart ausgelegt sein, dass es auf eine Filterfrequenz von 4 ym oder 5.5 ym mit jeweils einer Bandbreite von 0.1 ym um diese Filterfrequenzen umgeschaltet werden kann.
Dadurch ist besonders vorteilhaft eine spektrale Auswertung der Fluktuationen und Flackerfrequenzen im Hinblick auf die Detektion von offenem Feuer möglich. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Detektion erhöht.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind der Wärmestrahlungssensor und die Verarbeitungseinheit in einem Bauteil zu einem kontaktlos arbeitenden Flammenmelder/Temperatursensor zusam- mengefasst. Dadurch verringert sich vorteilhaft der Ent- wicklungs-, Bauteil- und Montageaufwand.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform weist der Wärmestrah- lungssensor eine wärmestrahlungsempfindliche Sensorfläche auf. Es ist zwischen der Sensorfläche und dem Gehäuseteil ei¬ ne für Licht im mittleren Infrarotbereich transparente optische Linse angeordnet. Dadurch ist kann durch den Wärmestrahlungssensor ein grösserer Erfassungsbereich auf das Vorhan- densein von offenem Feuer überwacht werden.
Alternativ oder zusätzlich ist zwischen der Sensorfläche und dem Gehäuseteil in der Melderhaube ein Lichtleiter angeord¬ net. Der Lichtleiter ist für Licht im mittleren Infrarotbe- reich transparent. In diesem Fall kann der Wärmestrahlungs¬ sensor z.B. an einem Aussenrand auf dem Schaltungsträger oder in einem unkritischen Bereich im Falle einer vorhandenen optischen Messkammer für Rauchpartikel angeordnet sein. Dagegen kann das Gehäuseteil weiterhin an zentraler Position an der Innenseite der Melderhaube verbleiben, wobei die Symmetrie¬ achsen des Gehäuseteils und des gesamten Gehäuses vorzugswei¬ se miteinander fluchten. Auch in diesem Fall liegen sich der Wärmestrahlungssensor und das Gehäuseteil der Melderhaube an der zentralen Position optisch gegenüber. Denn die vom Gehäuseteil in den Lichtleiter eingekoppelte Wärmestrahlung verläuft über mehrere Totalreflexionen im Lichtleiter zur Auskopplung auf die Sensorfläche des Wärmestrahlungssensors. Dadurch kann vorteilhaft der Innenraum des Meldergehäuses frei gehalten werden, wie z.B. zur Aufnahme einer optischen Messkammer. Optisch störende Komponenten, wie z.B. durch die Messkammer geführte Verbindungsleitungen, können vorteilhaft entfallen. Zudem vereinfacht sich die Montage erheblich.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Wärmestrahlungssensor eine Thermosäule oder ein Bolometer auf. Gegenüber einem auf dem pyroelektrischen Effekt basierenden Sensor, der physikalisch bedingt nur in der Lage ist, dynamische Änderungen eines warmen Objekts zu erfassen, sind Thermosäu- len sowie Bolometer in der Lage, statische wie auch dynamische Wärmeunterschiede zu erfassen.
Ein Beispiel für eine als SMD-Bauelement erhältliche Thermo- säule ist z.B. der „Infrared Thermopile Sensor TMP006" von
Texas Instrument mit Gehäuseabmessungen von 1.6 mm x 1.6 mm. Dieses Bauelement verfügt zudem über eine digitale Daten¬ schnittstelle für die Ausgabe eines bereits digitalen Sensor¬ signals zur möglichen Weiterverarbeitung durch einen Mikro- Controller oder Mikroprozessor. Im zugehörigen „User Guide" mit Ausgabestand Mai 2011 sind mathematische Gleichungen an¬ gegeben, um aus einem gegebenen Emissionsgrad, aus einer dem Sensorsignal entsprechenden Sensorspannung und weiteren Parametern wie Chiptemperatur und Kalibrierungsfaktor einen Tem- peraturwert rechnerisch zu ermitteln. Die rechnerische Lösung dieser Gleichungen kann mittels geeigneter Softwareroutinen dann auf einem nachgeschalteten MikroController erfolgen.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, eine erste Meldung im Falle detektierter signifikanter Fluktuationen oder Flackerfrequenzen sowie eine zweite Meldung auszugeben, falls der ermittelte Temperaturwert für die Umgebung des Gefahrenmel- ders einen vorgegebenen Temperaturvergleichswert überschrei¬ tet. Diese Meldung kann z.B. eine Alarmmeldung sein, wenn ein Temperaturwert von z.B. 65°C überschritten wird. Die Meldung kann kabelgebunden oder über Funk an eine Gefahrenmeldezen- trale oder auch optisch und/oder akustisch direkt am Gefahrenmelder ausgegeben werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist im Gefahrenmelder ein Gassensor für Brandrauchgase und/oder eine Messkammer mit einer Streulichtanordnung zur Detektion von Rauchpartikeln aufgenommen. Es ist im Gehäuse zumindest eine Eintrittsöffnung für die zu detektierenden Brandrauchgase oder Rauchpartikel angeordnet. Dadurch stehen weitere Brandkenngrössen für eine zuverlässigere Gefahrenauswertung zur Verfügung. Diese können in geeigneter Weise zu einem Algorithmus im Sinne einer Mul- tikriterienauswertung verknüpft werden.
Im Falle eines optischen Rauchmelders können diese eine oder mehrere im oder am Meldergehäuse angeordnete Streulichtanord¬ nungen zur Detektion von Rauchpartikeln aufweisen. Der optische Rauchmelder kann dabei als offener Rauchmelder ausgebildet sein, bei dem der Detektionsraum ausserhalb des Melderge¬ häuses liegt. Er kann auch eine im Meldergehäuse angeordnete geschlossene Messkammer für die Rauchdetektion aufweisen. Eine derartige optische Messkammer wird auch als Labyrinth be¬ zeichnet, welche einerseits durch optische Blenden gegen Fremdlicht abgeschirmt ist, jedoch andererseits für zu detek- tierende Rauchpartikel durchgängig ist. Hierzu weist das Mel¬ dergehäuse zumindest eine Eintrittsöffnung für den möglichen Eintritt von Rauchpartikeln in die optische Messkammer auf.
Es kann im Gefahrenmelder aiterativ oder zusätzlich ein Gassensor zur Detektion von Brandrauchgasen wie CO oder NOx aufgenommen sein. Dazu ist im Gehäuse zumindest eine Eintritts¬ öffnung für die zu detektierenden Brandrauchgase angeordnet. Aiterativ oder zusätzlich kann der Gefahrenmelder eine nach dem optischen Extinktionsverfahren und/oder eine nach dem akustooptischen Prinzip arbeitende Detektoreinheit aufweisen. Durch Berücksichtigung unterschiedlicher Brandkenngrössen, wie z.B. der Umgebungstemperatur zusammen mit einem brandtypischen Gaskonzentrationswert und/oder mit einem optisch er- fassten Rauchpartikelkonzentrationswert , sind durch die Ver¬ arbeitungseinheit genauere Analysen und Plausibilitätsprüfun- gen möglich. Die Ausgabe von Fehlalarmen wird mittels einer solchen Multikriterienauswertung deutlich reduziert.
Die betrachteten Gefahrenmelder können über eine gemeinsame Melderleitung, insbesondere über eine Zweidrahtleitung, Signal- und/oder datentechnisch mit einer Gefahrenmeldezentrale bzw. mit einer Brandmeldezentrale verbunden sein. Es können mehrere derartiger Gefahrenmelder in Meldergruppen oder Melderlinien an eine solche Gefahrenmeldezentrale angeschlossen sein, über die typischerweise auch die elektrische Versorgung der Gefahrenmelder mit Strom erfolgt. Alternativ oder zusätzlich können die Gefahrenmelder „drahtlos" ausgeführt sein. In diesem Fall kommunizieren diese vorzugweise über Funk mit der Gefahrenmeldezentrale oder mit weiteren Gefahrenmeldern.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zur Detektion von offenem Feuer sowie zur Ermittlung eines Temperaturwertes in der Umgebung eines Gefahrenmelders ge¬ löst, wobei eine durch ein für Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereich, insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 3 ym bis 20 ym, durchlässiges Gehäuseteil eingehende Wär¬ mestrahlung kontaktlos mittels eines dafür empfindlichen Wärmestrahlungssensors, insbesondere mittels einer Thermosäule oder eines Bolometers, als Sensorsignal erfasst wird. Es wird einerseits das Sensorsignal auf für offenes Feuer charakte¬ ristische Fluktuationen oder Flackerfrequenzen hin überwacht und bei Detektion eine erste Meldung ausgegeben. Es wird andererseits aus einem Gleichanteil des Sensorsignals ein Tem¬ peraturwert für eine Umgebungstemperatur in der Umgebung des Gefahrenmelders auf pyrometrischem Wege ermittelt. Schliess¬ lich wird der Temperaturwert und/oder eine zweite Meldung ausgegeben, falls der ermittelte Temperaturwert einen vorge¬ gebenen Temperaturvergleichswert überschreitet. Nach einer Verfahrensvariante wird der Temperaturwert unter Berücksichtigung eines vom Werkstoff und/oder von der Oberflächenbeschaffenheit des Gehäuseteils abhängigen Emissions¬ grades für dessen Wärmeabstrahlung im mittleren Infrarotbereich rechnerisch ermittelt.
Alternativ dazu kann der Temperaturwert auch auf Basis einer Verhältnispyrometrie ermittelt werden. Im Gegensatz zur soge¬ nannten Einfarben-Pyrometrie, wie zuvor beschrieben, ist mit¬ tels der Verhältnispyrometrie, die auch als Zweifarben-Pyro¬ metrie bezeichnet wird, keine Ermittlung und Berücksichtigung des Emissionsgrades erforderlich.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 ein Beispiel eines als Flammenmelder ausgebildeten
Gefahrenmelders gemäss der Erfindung,
FIG 2 ein Beispiel eines Gefahrenmelders nach einer ers¬ ten Ausführungsform,
FIG 3 ein Beispiel eines Gefahrenmelders nach einer zwei¬ ten Ausführungsform,
FIG 4 ein Messprinzip zur Detektion von offenem Feuer und zur Ermittlung eines Temperaturwertes in der Umge¬ bung eines punktförmig ausgebildeten Gefahrenmelders gemäss der Erfindung, und ein Beispiel für einen als optischen Rauchmelder ausgebildeten Gefahrenmelder mit innenliegender optischer Messkammer und mit einem Lichtleiter gemäss der Erfindung.
FIG 1 zeigt ein Beispiel eines als Flammenmelder ausgebilde¬ ten Gefahrenmelders 1 gemäss der Erfindung. Mit dem Bezugs- zeichen 2 ist ein Meldergehäuse bezeichnet, welches unter an¬ derem eine mit 21 bezeichnete Melderhaube aufweist. Die Mel¬ derhaube 21 kann auch als Melderdeckel, Abdeckung oder als Melderkappe bezeichnet werden. Eingezeichnet ist weiterhin eine Symmetrieachse des typischerweise rotationssymmetrisch ausgeführten Meldergehäuses 2, die somit einen zentralen Bereich Z für den Gefahrenmelder 1 darstellt.
Weiterhin ist ein Gehäuseteil 22 der Melderhaube 21 darge- stellt, welches für Wärmestrahlung W im mittleren Infrarotbereich durchlässig ist. Das Gehäuseteil 22 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgeführt, wie z.B. auch im vorliegenden Beispiel in Form einer Kreisscheibe. Der mit 21 λ bezeichnete, an das Gehäuseteil 22 angrenzende Restteil der Melder- haube 21 ist dagegen lichtdicht, d.h. durch dieses Restteil 21 λ gelangt faktisch kein Licht weder im sichtbaren noch im Infrarotbereich in das Gehäuseinnere IR. In der Melderhaube 21 können, wie gestrichelt eingezeichnet, auch Eintrittsöff¬ nungen OF vorhanden sein, um z.B. den Eintritt von Rauchgasen in das Gehäuseinnere IR sowie deren Detektion mittels eines dort vorhandenen, nicht weiter dargestellten Gassensors zu ermöglichen. Mit dem Bezugszeichen 20 ist ein Meldersockel zur lösbaren Aufnahme des Gefahrenmelders 1 vorzugsweise an einer Decke bezeichnet. Im Gefahrenmelder 1 ist ein Schal- tungsträger 3, wie z.B. eine Leiterplatte, aufgenommen. Auf diesem Schaltungsträger 3 sind typischerweise eine Mehrzahl von Bauelementen, wie Widerstände, Kondensatoren sowie Halbleiterbauelemente angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlich¬ keit wurde auf eine detaillierte zeichnerische Darstellung verzichtet.
Dargestellt sind jedoch ein mit dem Bezugszeichen 4a bezeichneter, für Wärmestrahlung W im Infrarotbereich empfindlicher, kontaktlos arbeitender Wärmestrahlungssensor 4a sowie eine nachgeschaltete Verarbeitungseinheit 4b zur Weiterverarbei¬ tung eines vom Wärmestrahlungssensor 4a ausgegebenen Sensorsignals gemäss der Erfindung. Mit FOV ist der optische Erfas¬ sungsbereich des Wärmestrahlungssensors 4a bezeichnet. Die Verarbeitungseinheit 4b ist zumindest zur Ermittlung eines aus einem Gleichanteil des Sensorsignals abgeleiteten Tempe¬ raturwertes TEMP für eine Umgebungstemperatur T in der Umgebung des Gefahrenmelders 1 vorgesehen bzw. eingerichtet. Die Verarbeitungseinheit 4b ist zudem dazu eingerichtet, das Sen¬ sorsignal auf das Auftreten von signifikanten Fluktuationen oder Flackerfrequenzen für offenes Feuer hin zu überwachen. Die Verarbeitungseinheit 4b kann gemäss der Erfindung alter¬ nativ oder zusätzlich, wie im vorliegenden Beispiel durch ei- nen Pfeil angedeutet, dazu eingerichtet sein, eine erste Mel¬ dung FLAME im Falle detektierter signifikanter Fluktuationen oder Flackerfrequenzen sowie eine zweite Meldung ALARM auszugeben, falls der ermittelte Temperaturwert TEMP für die Um¬ gebung des Gefahrenmelders einen vorgegebenen Temperaturver- gleichswert überschreitet.
Weiterhin gemäss der Erfindung weist der Wärmestrahlungssensor 4a eine als SMD-Bauteil ausgeführte Thermosäule auf. Sie ist vorzugsweise für Infrarotlicht im Wellenlängenbereich von 2 ym bis 50 ym, insbesondere von 3 ym bis 20 ym, empfindlich.
Gemäss der Erfindung ist die Verarbeitungseinheit 4b zudem zur rechnerischen Ermittlung und Ableitung des Temperaturwertes TEMP aus dem Gleichanteil des Sensorsignals und aus einem gespeicherten Wert für den Emissionsgrad des Gehäuseteils 22 eingerichtet. Der Emissionsgrad ist dabei von der Oberflä¬ chenbeschaffenheit sowie vom Werkstoff des gezeigten Gehäuse¬ teils 22 abhängig. FIG 2 zeigt ein Beispiel eines Gefahrenmelders 1 nach einer ersten Ausführungsform. In diesem Fall weist die gesamte Melderhaube 21 einen für Infrarotlicht durchlässigen Werkstoff auf. Insbesondere ist dieser Werkstoff für sichtbares Licht undurchsichtig. Das Gehäuse erscheint somit für einen Be- trachter weiss, matt-weiss oder weiss-opak. Natürlich kann der Werkstoff auch andersfarbig sein, wie z.B. rot, matt-rot oder rot-opak. Um Störeinflüsse durch seitliches infrarotes Streulicht auf den Wärmestrahlungssensor 4a zu vermeiden, ist zudem eine für infrarotes Licht lichtdichte Lochblende, wie z.B. in Form einer Klebefolie, an der Innenseite der Melderhaube 21 angebracht. In diesem Fall entspricht das Gehäuse¬ teil 22 dem durch die Lochblende 6 nicht abgedeckten Teil der Melderhaube 21. Alternativ kann der Wärmestrahlungssensor 4a auch von einem Hohlzylinder aus einem für infrarotes und sichtbares Licht lichtdichten Werkstoff umgeben sein, wobei sich der Hohlzylinder vom Schaltungsträger 3 bis zur Innenseite des Gehäuseteils 22 bzw. zur Melderhaube 21 erstreckt.
FIG 3 zeigt ein Beispiel eines Gefahrenmelders 1 nach einer zweiten Ausführungsform. In diesem Fall ist das Gehäuseteil 22 zugleich eine optische Linse 7. Sie ist dazu vorgesehen, den Erfassungsbereich FOV2 im Vergleich zu dem Erfassungsbe- reich FOV gemäss FIG 1 und FIG 2 optisch aufzuweiten. Die optische Linse 7 ist dabei für Licht im mittleren Infrarotbe¬ reich transparent. Die Linse 7 kann als separates Bauteil in eine entsprechende Öffnung in der Melderhaube 21 eingesetzt sein. Alternativ kann die gesamte Melderhaube 21 aus einem für Infrarotlicht im Wellenlängenbereich von 2 ym bis 50 ym, insbesondere von 3 ym bis 20 ym, durchlässigem Werkstoff be¬ stehen, wobei dann die in der FIG 3 gezeigte Linse 7 integral in der Melderhaube 21 mit ausgeformt ist. Zur Abschirmung kann, wie zuvor beschrieben, wieder eine Klebefolie als Loch- blende 6 oder ein Hohlzylinder verwendet werden.
FIG 4 zeigt ein Messprinzip zur Detektion von offenem Feuer und zur Ermittlung eines Temperaturwertes TEMP in der Umge¬ bung eines punktförmig ausgebildeten Gefahrenmelders 1.
Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren wird eine durch das Gehäuseteil 22 hindurchtretende erste Wärmestrahlung Wl sowie eine zweite, vom Gehäuseteil 22 selbst abgestrahlte zweite Wärmestrahlung W2 durch den Wärmestrahlungssensor 4a als Sen- sorsignal SIG erfasst. Die Summe der ersten und zweiten Wär¬ mestrahlung Wl, W2 ist dann letztlich die eingehende Wärmestrahlung W, für die der kontaktlos arbeitende und optisch auf das Gehäuseteil 22 ausgerichtete Wärmestrahlungssensor 4a empfindlich ist.
Gemäss der Erfindung wird einerseits das Sensorsignal SIG auf für offenes Feuer charakteristische Fluktuationen oder Fla¬ ckerfrequenzen hin überwacht und bei Detektion eine erste Meldung FLAME ausgegeben. Dies kann z.B. durch eine Frequenzfilterung in einem Frequenzbereich von 6 bis 30 Hz erfolgen, der für Flackerfrequenzen und Emissionen für offenes Feuer typisch ist. Parallel dazu wird aus einem Gleichanteil des
Sensorsignals SIG ein Temperaturwert TEMP für eine Umgebungs¬ temperatur T in der Umgebung des Gefahrenmelders 1 auf pyro- metrischem Wege ermittelt. Es wird der Temperaturwert TEMP und/oder eine zweite Meldung ALARM ausgegeben, falls der er- mittelte Temperaturwert TEMP einen vorgegebenen Temperaturvergleichswert überschreitet. Die Ermittlung und Ausgabe ist durch eine Verarbeitungseinheit 4b realisiert, die zusammen mit dem Wärmestrahlungssensor 4a auch zu einem gemeinsamen Bauteil 4 zusammengefasst sein kann. Die Bezeichnung „0Hz" soll symbolisieren, dass hier der Gleichanteil im Sensorsig¬ nal SIG ausgewertet wird. Der Gleichanteil kann z.B. durch eine Tiefpassfilterung des Sensorsignals SIG mit einer Eck¬ frequenz von z.B. 1 Hz abgeleitet werden. Dadurch können auch Störsignale aus dem Sensorsignal SIG ausgefiltert werden.
FIG 5 zeigt schliesslich ein Beispiel für einen als optischen Rauchmelder ausgebildeten Gefahrenmelder 1 mit innenliegender Messkammer 8 und mit einem Lichtleiter 9 gemäss der Erfindung. Im vorliegenden Beispiel sind der Wärmestrahlungssensor und die Verarbeitungseinheit zu einem Bauteil im Sinne eines kombinierten Flammenmelder/Temperatursensors 4 zusammenge- fasst. Mit dem Bezugszeichen 5 ist eine übergeordnete Haupt¬ verarbeitungseinheit bezeichnet. Erfindungsgemäss ist zwischen der Sensorfläche F des Tempera¬ tursensors 4 bzw. zwischen der Sensorfläche F des Wärmestrahlungssensors 4a als Teil des Temperatursensors 4, und dem Ge¬ häuseteil 22 im Gehäuseinneren IR ein Lichtleiter 9 angeord- net. Letzterer ist für Licht im mittleren Infrarotbereich transparent. Dadurch kann auf vorteilhafte Weise der optisch auf Streulicht hochsensible Innenbereich, insbesondere das StreulichtZentrum S, frei von störenden Leitungsdurchführun- gen gehalten werden. Der Lichtleiter 9 kann z.B. an das Messkammergehäuse geschnappt werden oder im Falle eines Kunst¬ stoffspritzgussteils an das Kammergehäuse angespritzt werden.
Bezugs zeichenliste
1 Gefahrenmelder, Flammenmelder
2 Meldergehäuse
3 Schaltungsträger, Leiterplatte
4 Temperatursensor
4a Wärmestrahlungssensor, Thermosäule, Bolometer
4b Verarbeitungseinheit , MikroController
5 weitere Verarbeitungseinheit, Hauptcontroller
6 Lochblende, Abblendfolie, Beschichtung
7 optische Linse
8 optische Messkammer, Labyrinth
9 Lichtleiter
20 Meldersockel
21 Melderhaube, Deckel, Abdeckung, Kappe
21 λ Restteil
22 Gehäuseteil
ALARM Meldung, Alarmmeldung
F Sensorfläche
FOV, FOV2 Erfassungsbereich
IR Innenraum, Gehäuseinneres
IS Innenseite
OF Eintrittsöffnung
S StreulichtZentrum
SIG Sensorsignal
T Umgebungstemperatur
TEMP Temperaturwert
FLAME Meldung, Alarmmeldung
W Wärmestrahlung
Wl Wärmestrahlung von aussen bzw. von offenem Fe"
W2 Wärmestrahlung von Gehäuseteil
Z Zentrale Position, Hautsymmetrieachse

Claims

Patentansprüche
1. Gefahrenmelder, insbesondere Flammenmelder, welcher ein Meldergehäuse (2) mit einer Melderhaube (21) aufweist, wobei ein Gehäuseteil (22) der Melderhaube (21) für Wärmestrahlung (W) im mittleren Infrarotbereich durchlässig ist, wobei im Meldergehäuse (2) ein für die eingehende Wärmestrahlung (W) empfindlicher, kontaktlos arbeitender und optisch auf das Gehäuseteil (22) ausgerichteter Wärmestrahlungssensor (4a) an- geordnet ist, wobei dem Wärmestrahlungssensor (4a) eine Verarbeitungseinheit (4b) zur Weiterverarbeitung eines vom Wärmestrahlungssensor (4a) ausgegebenen Sensorsignals (SIG) nachgeschaltet ist und wobei die Verarbeitungseinheit (4b) dazu eingerichtet ist, das Sensorsignal (SIG) auf das Auftre- ten von signifikanten Fluktuationen oder Flackerfrequenzen für offenes Feuer hin zu überwachen sowie aus einem Gleichanteil des Sensorsignals (SIG) einen Temperaturwert (TEMP) für eine Umgebungstemperatur (T) in der Umgebung des Gefahrenmelders zu ermitteln.
2. Gefahrenmelder nach Anspruch 1, wobei die Meldehaube (21) aus dem für Wärmestrahlung (W) im mittleren Infrarotbereich durchlässigen Gehäuseteil (22) und einem angrenzenden, lichtdicht ausgeführten Restteil (21 λ) zusammengesetzt ist.
3. Gefahrenmelder nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuseteil (22) einen Werkstoff aufweist, der für Licht im mittle¬ ren Infrarotbereich, insbesondere in einem Wellenlängenbe¬ reich von 3 ym bis 20 ym, durchlässig ist.
4. Gefahrenmelder nach Anspruch 3, wobei im Werkstoff des Gehäuseteils (22) Wärmeabstrahlpartikel mit einem Emissionsgrad für die Wärmeabstrahlung im Infrarotbereich von zumindest 0.75, vorzugsweise von zumindest 0.9, eingebracht sind.
5. Gefahrenmelder nach Anspruch 3 oder 4, wobei im Werkstoff des Gehäuseteils (22) Streupartikel in einem derartigen Volu¬ menanteil und in einer derartigen Grössenverteilung einge- bracht sind, dass diese das sichtbare Licht zerstreuen und das infrarote Licht zum Grossteil passieren lassen.
6. Gefahrenmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich das Gehäuseteil (22) zur weitgehend richtungsunabhängigen Erfassung der Umgebungstemperatur (T) an einer zentralen Position (Z) , insbesondere in der Gehäusemitte befindet.
7. Gefahrenmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (4b) zur rechnerischen Ermittlung und Ableitung des Temperaturwertes (TEMP) aus dem Gleichanteil des Sensorsignals (SIG) und aus einem gespeicherten Wert für den Emissionsgrad des Gehäuseteils (22) eingerichtet ist.
8. Gefahrenmelder nach Anspruch 7, wobei der Wärmestrahlungssensor (4a) und die Verarbeitungseinheit (4b) in einem Bau¬ teil zu einem kontaktlos arbeitenden Temperatur-/Flammen- sensor (4) zusammengefasst sind.
9. Gefahrenmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Wärmestrahlungssensor (4a) eine wärmestrahlungsempfindli¬ che Sensorfläche (F) aufweist und wobei zwischen der Sensor¬ fläche (F) und dem Gehäuseteil (22) eine für Licht im mittle¬ ren Infrarotbereich transparente optische Linse (7) und/oder ein für Licht im mittleren Infrarotbereich transparenter Lichtleiter (9) angeordnet ist.
10. Gefahrenmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Wärmestrahlungssensor (4a) eine Thermosäule oder ein Bo- lometer aufweist.
11. Gefahrenmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (4b) dazu eingerichtet ist, eine erste Meldung (FLAME) im Falle detektierter signifikanter Fluktuationen oder Flackerfrequenzen sowie eine zweite Meldung (ALARM) auszugeben, falls der ermittelte Temperaturwert (TEMP) für die Umgebung des Gefahrenmelders einen vorgegebe¬ nen Temperaturvergleichswert überschreitet.
12. Gefahrenmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Gefahrenmelder ein Gassensor für Brandrauchgase und/oder eine Messkammer (8) mit einer Streulichtanordnung zur Detektion von Rauchpartikeln aufgenommen ist, und wobei im Gehäuse (2) zumindest eine Eintrittsöffnung (OF) für die zu detektie- renden Brandrauchgase oder Rauchpartikel angeordnet ist.
13. Verfahren zur Detektion von offenem Feuer sowie zur Ermittlung eines Temperaturwertes (TEMP) in der Umgebung eines Gefahrenmelders (1), wobei eine durch ein für Wärmestrahlung (W) im mittleren Infrarotbereich, insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 3 ym bis 20 ym, durchlässiges Gehäuse¬ teil (22) eingehende Wärmestrahlung (W) kontaktlos mittels eines dafür empfindlichen Wärmestrahlungssensors (4a) , insbe- sondere mittels einer Thermosäule oder eines Bolometers, als Sensorsignal (SIG) erfasst wird, wobei einerseits das Sensor¬ signal (SIG) auf für offenes Feuer charakteristische Fluktua¬ tionen oder Flackerfrequenzen hin überwacht und bei Detektion eine erste Meldung (FLAME) ausgegeben wird, und
wobei andererseits aus einem Gleichanteil des Sensorsignals (SIG) ein Temperaturwert (TEMP) für eine Umgebungstemperatur (T) in der Umgebung des Gefahrenmelders (1) auf pyrometri- schem Wege ermittelt wird, und wobei der Temperaturwert
(TEMP) und/oder eine zweite Meldung (ALARM) ausgegeben wird, falls der ermittelte Temperaturwert (TEMP) einen vorgegebenen Temperaturvergleichswert überschreitet .
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Temperaturwert (TEMP) unter Berücksichtigung eines vom Werkstoff und/oder von der Oberflächenbeschaffenheit des Gehäuseteils (22) ab¬ hängigen Emissionsgrades für dessen Wärmeabstrahlung im mittleren Infrarotbereich rechnerisch ermittelt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Temperaturwert (TEMP) auf Basis einer Verhältnispyrometrie ermittelt wird.
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