WO2014135341A1 - Optisches raucherfassungsmodul, brandmeldeanlage sowie verwendung eines optischen raucherfassungsmoduls in einem nuklearbereich oder ex-bereich - Google Patents

Optisches raucherfassungsmodul, brandmeldeanlage sowie verwendung eines optischen raucherfassungsmoduls in einem nuklearbereich oder ex-bereich Download PDF

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Hilmar Konrad
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends

Definitions

  • Optical smoke detection module fire alarm system and use of an optical smoke detection module in a Nuclear area or EX area
  • the invention relates to an optical smoke detection module, an optoelectrical evaluation module, a rack with a plurality of opto-electrical evaluation modules.
  • the invention further relates to a fire alarm system for detecting smoke and for issuing a fire alarm in a detected fire, which has such a rack and a plurality of optical smoke detection modules. It further relates to such a fire alarm system, which has a plurality of opto-electrical evaluation modules and a plurality of optical smoke detection modules. Furthermore, it relates to such a fire alarm system which has an optoelectrical evaluation module, a plurality of optical smoke detection modules and an optical multiplexer connected therebetween.
  • the invention further relates to a use of such an optical smoke detection module in an area with ionizing radiation, in particular in a nuclear area, or in a potentially explosive area, in particular in a so-called EX area.
  • the invention relates to a method for optical smoke detection and an application of the method in an area with ionizing radiation, in particular in a nuclear area, or in a potentially explosive area, in particular in a so-called EX area.
  • Fire detectors such as optical smoke detectors or heat detectors, for detecting a fire are known from the prior art.
  • Optical smoke detectors can be used, for example, on the scattered light principle, on the extinction principle or on the opto-ac- based on the principle of principle.
  • the hazard detector is a heat detector, the temperature currently present in the vicinity of the heat detector is detected, for example by means of a temperature-dependent resistor.
  • the considered hazard detectors can also be smoke gas detectors, which have a gas sensor as the detector unit, such as a gas FET (FET for field effect transistor).
  • the considered hazard detectors can also have combinations of the aforementioned detector units.
  • the area of increased, in particular high radioactive radiation disposition may e.g. a nuclear area or space.
  • Nuclear areas are in particular spatially delimited areas, for example within a nuclear power plant, a nuclear reprocessing plant or an end or intermediate storage facility for radioactive waste.
  • radioactive radiation an ionizing particle or electromagnetic radiation which emanates from radioactive substances and which is capable of releasing electrons from atoms and molecules so that positively charged ions or remainders of molecules remain. While the alpha and beta radiation as particle radiation can already be shielded by material thicknesses that are less thick than millimeters, an effective shielding against the electromagnetic gamma radiation is only possible with a high material cost. Depending on the shielding requirement, lead shields with shielding thicknesses of one meter and more may be required.
  • the radioactive radiation generally has a destructive influence on electronic components and in particular on semiconductor components. Such devices have very fine semiconductor structures of less than 1 ⁇ , in particular less than 100 nm. All types of high-energy ionizing radiation interact with a semiconductor crystal.
  • preferably robust discrete semiconductor devices such as transistors or diodes are used to account for accelerated degeneration of the electrical parameters in the circuit, especially as predominantly radiation resistant, older integrated semiconductor devices such as semiconductor devices.
  • ICs, logic gates, etc. which have a structure sizes of more than 1 ⁇ , due to the far advanced miniaturization are hardly available on the semiconductor market.
  • a minimum life such as 3 years
  • a fire detector must "endure" a radiation load or an absorbed dose of 0.25 Gy over a period of 3 years, where Gy (for Gray) denotes the SI unit of the absorbed absorbed dose D.
  • Gy for Gray
  • the on the time-related absorbed absorbed dose is referred to as the dose rate.
  • fire and smoke detectors are also known in hazardous areas, such. in the petrochemical industry, in the chemical industry and in plants with explosive dusts. Such fire and smoke detectors are designed for a mechanically very robust. On the other hand, the entire electrical system and electronics must be designed in such a way that no spark or so-called "hotspots" can develop under any circumstances, which can lead to an explosion in the areas mentioned above.
  • the devices must be able to "endure" a radiation dose of at least 0.05 Gy / year, more preferably at least 0.25 Gy over a 3 year period.
  • an optical smoke detection module which is set up for optical connection an external opto-electrical evaluation module via two or more optical fibers.
  • the optical smoke detection module - has a light extraction unit and a Lichteinkoppel - unit.
  • the light extraction unit and the Lichteinkop- pelü are aligned such that light from the Lichtauskoppelritt can be coupled directly or at a scattered light angle in the Lichteinkoppelü, the Lichtauskoppelritt the input side and the Lichteinkoppelü the output side are at least indirectly optically connectable to the optical waveguide.
  • the optical smoke detection module is preferably free of electronic and / or optoelectronic components, which are typically provided for the optical smoke detection.
  • an optical smoke detection module according to the invention can be used in an area with ionizing radiation, in particular in a nuclear area, or even in a hazardous area.
  • the core of the invention is that, so to speak, the entire electronics including LED and photosensor for the optical detection of a conventional smoke detector is removed.
  • the pulsed light for generating scattered light and its optical detection takes place via an optoelectronic evaluation module, which is located outside the radioactive area or the potentially explosive area (see
  • FIG. 1 The connection between the now “electronics-free” smoke detection module and the optoelectronic evaluation module via optical waveguides, such as glass fiber or fiber optic bundles, which are radiation resistant per se.
  • optical waveguides such as glass fiber or fiber optic bundles
  • the distance between the optical smoke detection module and the opto-electrical evaluation module can be in the range of up to several 100 meters or even up to several kilometers.
  • the corresponding length of the optical waveguides should be in the range of 100 m to 300 m.
  • the Lichtein- and -auskopplung can eg via quartz glass prisms, which are adapted to the previous holders of the LED and the photosensor, take place (see FIG 3, FIG 4).
  • the optical smoke detection module may have an optical coupling instead of the detector contact, wherein the quartz glass prisms may form part of the coupling (see FIG. 3, FIG. 4).
  • the light extraction unit is on the input side and the light coupling unit on the output side with the at least one optical recording optically connected. Both units can form a common optical component with the respective optical receptacle (FIG. 2, FIG. 5, FIG. 6).
  • the optical smoke detection module preferably comprises a housing with the light extraction unit arranged therein or thereon and with the light coupling unit arranged therein or thereon.
  • the optical smoke detection module may be e.g. a mounting plate on which the light extraction unit and the Lichteinkoppel - are arranged unit.
  • at least one optical receptacle for each optical waveguide is preferably arranged in or on the housing.
  • the optical smoke detection module is composed of a module head with a module housing and a base with a base housing (see FIG. 3, FIG. 4).
  • the base is provided for receiving the module head, wherein in the base housing two optical receiving / coupling units are arranged, which are each designed to receive an optical waveguide. They each have one of the receptacle optically opposite first optical coupling surface.
  • the light extraction unit and the light coupling unit are each part of an optical coupling / light coupling unit, the light extraction unit on the input side and the light coupling unit on the output side. each have a second optical coupling surface.
  • the optical recording / coupling units and the optical coupling / light coupling units are arranged in the base and module housing such that in the accommodated state of the module head in each case a first and second optical coupling surface are opposed.
  • the light output unit and the light input unit each have a prism and / or a mirror for light beam deflection.
  • the light output unit and the light input unit each have an optical lens for the light input and output coupling.
  • the object of the invention is further achieved by an opto-electrical evaluation module which is set up for optical connection to an external optical smoke detection module according to the invention via two or more light waveguides.
  • the optoelectronic evaluation module has an optical input and an optical output in each case for receiving one of the optical waveguides (see FIG. 1), the optical input being optically connected to a light receiver and the optical output being connected to a light source.
  • the light source is preferably an LED.
  • the light receiver is preferably a photodiode or a phototransistor.
  • the optoelectronic evaluation module has an electronic evaluation unit for evaluating a receiver signal originating from the light receiver and for outputting a fire alarm or a message if the receiver signal deviates in an impermissible manner from a comparison value.
  • the object of the invention is further achieved by a rack with a plurality of inventive optoelectronic evaluation modules and with a central evaluation unit at least for the higher-level output of a fire alarm or a message. Furthermore, the object is achieved by a (first) fire alarm system for the detection of smoke and to issue a fire alarm or a message in a detected fire.
  • the fire alarm system has a subrack according to the invention with a plurality of optoelectrical evaluation modules according to the invention and a plurality of optical smoke detection modules according to the invention.
  • the optoelectrical evaluation modules are optically connected via optical fibers to the respective optical smoke detection modules.
  • the object is achieved by a (second) fire alarm system for the detection of smoke and to issue a fire alarm or a message in a detected fire.
  • the fire alarm system has a plurality of optoelectric evaluation modules according to the invention and a plurality of optical smoke detection modules according to the invention, wherein the plurality of optoelectrical evaluation modules are optically connected to the respective plurality of optical smoke detection modules via optical fibers.
  • the object is achieved by a (third) fire alarm system for the detection of smoke as well as the output of a fire alarm or a message in a detected fire.
  • the fire alarm system has a (single) optoelectrical evaluation module according to the invention, a plurality of optical smoke detection modules according to the invention and an optical multiplexer connected therebetween (see FIG. 7).
  • the multiplexer is set up to switch one of the plurality of optical smoke detection modules recurrently and preferably optically to the optoelectrical evaluation module for all smoke detection modules.
  • the object of the invention is further achieved by a method for optical smoke detection, wherein the optical smoke detection is carried out free of opto-electrical or opto-electronic means. It is spatially separated via optical waveguides, an optoelectrical evaluation and If necessary, a fire alarm at least with opto-electrical or opto-electronic means.
  • the aforementioned method can be advantageously used in a region with ionizing radiation, in particular in a nuclear region, while the optoelectrical evaluation and optionally the fire alarming takes place outside the region with the ionizing radiation.
  • the aforementioned method can advantageously be used in a potentially explosive area, in particular in a so-called EX area, while the optoelectrical evaluation and, if appropriate, the fire alarming takes place outside the potentially explosive area.
  • optical smoke detection module is free of electrical, electronic and optoelectronic components, in particular of optoelectronic components, for smoke detection, the time-consuming and cost-intensive expenditures for the safety-related "EX" approval of smoke or Fire detectors in potentially explosive areas for the most part.
  • FIG. 1 shows an example of a fire alarm system with several optical smoke detection modules and with several associated opto-electrical evaluation modules according to the invention
  • Smoke detection module with an optical measuring chamber according to the scattered-light principle and with two optical waveguides for the light coupling and light-out coupling according to the invention a side view of an exemplary smoke detection module according to the scattered light principle in conventional design, with a recorded in a base module head and two optical couplings for light coupling and light extraction according to the invention, a side view of an exemplary smoke detection module according to the scattered light principle with two optical recording / coupling units with in Compared to FIG 3 each an optical external connection, an interior view of an exemplary optical smoke detection module according to the optical Absindictionskar according to the invention, a side view of an exemplary smoke detection module according to the open scattered light principle with a lying outside the smoke detection module scattered light center according to the invention and an example of a fire alarm system with a optical multiplexer for selectively turning on one of the optical smoke detection modules of a plurality of optical smoke detection modules to ei n only opto-electrical evaluation module according to the invention.
  • FIG. 1 shows an example of a fire alarm system 100 with a plurality of optical smoke detection modules 1 and with several associated opto-electrical evaluation modules 2 according to the invention.
  • the optical smoke detection modules 1 are located in an area NUC with ionizing radiation, in particular in a nuclear area, symbolized by several warning signs for ionizing radiators. Such danger areas are typically restricted areas, eg within a control area. nuclear power plant, where the dose rate can be higher than 3 mSv (millisievert) per hour. Personnel may only be allowed to stay in such a restricted area under expert supervision, such as for carrying out intended operations, and then typically only for short operating times in the minute range.
  • the Sievert is the unit of measurement of various weighted radiation doses. This unit is used to determine the radiation exposure of biological organisms. It is therefore also used in the analysis of the radiation risk.
  • the optical smoke detection modules 1 shown may be similar in appearance to commercial smoke detectors or home use smoke detectors, such as e.g. to the Sinteso smoke detector family of the company Siemens. They preferably have the design of trained as a point detectors smoke detectors.
  • a rack 20 in which a plurality of optoelectrical evaluation modules 2 are arranged.
  • each optical smoke detection module 1 is assigned an optoelectrical evaluation module 2.
  • the latter are optically connected via optical waveguide 3 with the respective optical smoke detection modules 1.
  • the optical smoke detection takes place free of optoelectric or opto-electronic means.
  • the optoelectrical evaluation and, if appropriate, fire alarm ALARM are spatially separated via optical waveguide 3 from the area NUC with ionizing radiation.
  • This separate area may be, for example, a control area of a nuclear power plant.
  • the respective optical smoke detection modules 1 can be separated from the associated optoelectronic evaluation module 2 up to several hundred meters or even up to a few kilometers.
  • the corresponding length of the optical waveguide 3 should be in the range of 100 m to 300 m.
  • Particularly suitable in this case are radiation-resistant glass fibers, such as the RadHard type DrakaElite series from Draka for MIL applications, as optical waveguides. Nevertheless, these have low optical attenuation losses over wide optical waveguide distances.
  • the optical smoke detection modules 1 may also be located in another danger area, e.g. in a potentially explosive area EX in the petrochemical, chemical and explosive dust installations, e.g. in the cement or fertilizer industry or in the area of a coal mine with coal dust.
  • a potentially explosive area EX in the petrochemical, chemical and explosive dust installations
  • the respective optical smoke detection modules 1 can be separated from the associated optoelectrical evaluation module 2 up to several kilometers. In these applications, the use of radiation-resistant glass fibers as optical fibers is not required.
  • the rack 20 has a central evaluation unit 26 in order to bundle the respective fire alarms originating from the plurality of optical smoke detection modules 1.
  • the then centrally issued fire alarm ALARM may also include information that has triggered the optical smoke detection modules 1 in terms of addressing.
  • the exemplary optical smoke detection modules 1 shown are for optical connection to an external optoelectronic module. sches evaluation module 2 via two optical waveguides 3 set.
  • the reference symbol 31 designates the forward conductor from the perspective of the evaluation module 2 and the return conductor 32.
  • the module 1 has a light extraction unit 5 arranged in or on a housing 4 and a light coupling unit 6 arranged in or on the housing 4.
  • the light extraction unit 5 and the light coupling unit 6 are aligned with each other such that light from the light extraction unit 5 can be coupled into the light coupling unit 6 at a scattered light angle. In the present example, the scattered light angle is 120 °. Both units 5, 6 thus form a so-called forward scattered light arrangement.
  • OM is a shielded from ambient light, for detecting smoke but permeable optical measuring chamber. M denotes the scattered light center in the measuring chamber OM.
  • the illustrated exemplary optoelectrical evaluation modules 2 are configured in a corresponding manner for the optical connection to the respective external optical smoke detection module 1 via the respective two optical waveguides 3.
  • the respective evaluation module 2 has an optical input 21 and an optical output 22 in each case for receiving one of the optical waveguides 3.
  • the optical input 21 with a light receiver 23 and the optical output 22 with a light source 24 are optically connected.
  • the light receiver 23 is a photodiode. It may alternatively be a phototransistor or a phototube.
  • the light source 24 shown in the example of the present FIG. 1 is an LED, such as an IR LED, a blue-emitting or a UV LED. It may alternatively be a light bulb or a xenon flash tube.
  • the optoelectronic evaluation module 2 furthermore has an electronic evaluation unit 25 for evaluating a receiver signal originating from the light receiver 23 and for outputting a fire alarm ALARM or a message if the receiver signal deviates in an impermissible manner from a comparison value.
  • 2 shows an interior view of an exemplary optical smoke detection module 1 with an optical measuring chamber OM according to the scattered light principle and with two optical waveguides 3 for the light coupling and light extraction according to the invention.
  • an optical receptacle 7 for receiving the optical waveguide signal conductor 31 and the optical waveguide return conductor 32 is arranged in each case.
  • E denotes the respective optical fiber end.
  • the light extraction unit 5 and the Lichteinkoppel - unit 6 are each formed as a plano-convex lens, wherein the flat side of the respective lens is flush with the likewise plan executed respective optical fiber end E is.
  • the end of an optical waveguide 31, 32 may be formed in such a way that it simultaneously forms the optical lens and thus the light decoupling unit 5 or the light coupling unit 6.
  • FIG. 2 also shows the structure of the optical measuring chamber OM with its multiplicity of diaphragms 43.
  • FIG 3 shows a side view of an exemplary smoke detection module 1 according to the scattered-light principle in a conventional design, with a module head 11 accommodated in a base 12 and with two optical couplings OK for the light coupling and light extraction according to the invention.
  • the illustrated optical smoke detection module 1 is composed of the module head 11 and the base 12.
  • the base 12 or detector base is provided for the particular detachable and known per se recording of the module head 11.
  • the reference numeral 41 denotes the module housing, the reference numeral 42, the corresponding base housing.
  • In the module housing 41 is still a slot-shaped smoke inlet opening OF for to see the smoke to be detected inside the module head 11. Due to the projected representation, the forward scattered light arrangement shown, which corresponds to that of FIG. 1 and FIG. 2, appears slightly distorted.
  • two optical receiving / coupling units 8 are also arranged. They serve, on the one hand, to receive the respective optical waveguide 31, 32 and, on the other hand, to receive or uncouple light from and to, respectively, an adjacent one
  • the two optical receiving / coupling units 8 each have one of the receptacle optically opposite first optical coupling surface Fl.
  • the light extraction unit 5 in turn has optically input side and the light coupling unit 6 in turn on the optical output side in each case a second optical coupling surface F2.
  • the optical receiving / coupling units 8 and the optical coupling / light coupling units 9 are arranged in the base and module housings 41, 42 such that in the accommodated state of the module head 11 in the base 12 a respective first and second optical coupling surface Fl, F2 are opposite.
  • the two coupling surfaces Fl, F2 are preferably designed plan and lie in the recorded state parallel to each other. In particular, then the first and second optical coupling surfaces Fl, F2 are almost flush.
  • the receiving / coupling units 8 shown have, for example, a cylindrical design.
  • these are collimators, which are intended for beam expansion or beam bundling.
  • E again denotes the respective optical waveguide end, which is received in the respective collimator 8.
  • the light output unit 5 and the light input unit 6 as part of the optical coupling / light coupling units 9 each have a prism for light beam deflection in the direction of Stray light center M on.
  • the advantage of the embodiment shown here lies in the interchangeability of a module head 11 such as in the context of a revision. 4 shows a side view of an exemplary smoke detection module 1 according to the scattered light principle with two optical recording / coupling units 8 with in comparison to FIG 3 each have an optical outer terminal 81.
  • the two receiving / coupling units 8 each have a prism for light beam deflection by 90 °, so that the optical waveguide 31, 32 to be connected with its optical fiber end E can laterally be inserted on the base 12 into the respective receiving / coupling unit 8 and then fixed there, for example by means of a screw connection.
  • FIG. 5 shows an interior view of an exemplary optical smoke detection module 1 according to the optical extinction principle according to the invention.
  • Light coupling unit 6 aligned in such a way that light from the light extraction unit 5 can be coupled directly into the Lichteinkoppelmaschine 6.
  • the two units 5, 6 are visually opposite each other, forming an optical measuring section. If smoke to be detected now enters the optical measuring section, the light emitted by the light coupling unit 5 is attenuated in the direction of the light coupling unit 6.
  • An opto-electrical evaluation module assigned to this optical smoke detection module 1 can then emit a fire alarm if the receiver signal originating from the light receiver falls below a comparison value in an inadmissible manner. In this case, the light receiver converts the attenuated light originating from the light input unit 6 via the return conductor 32 into a received signal proportional thereto.
  • the reference numeral 71 denotes an external optical connection.
  • FIG. 7 shows an example of a fire alarm system 100 with an optical multiplexer 10 for selectively switching on one of the optical smoke detection modules 1 from a plurality of optical smoke detection modules 1 to a single optoelectronic evaluation module 2 according to the invention.
  • the multiplexer 10 is set up to switch one of the plurality of optical smoke detection modules 1 recurrently and optically to the optoelectrical evaluation module 2 for all smoke detection modules 1 that are operationally in use.
  • the multiplexer 10 has a common multiplexer input and output COM, which is switched through as a function of a selection signal for the channel selection SEL to one of the exemplary four optical channels K1-K4.
  • the selection signal SEL originates from a multiplexer drive unit 27, which is part of an expanded optoelectrical evaluation module 50 having an optoelectrical evaluation module 2 according to the invention.
  • the Multiplexeran Kunststoffmaschine 27 can output the fire alarm ALARM, which additionally based on the currently output selection signal SEL, the triggering optical smoke detection module 1 can be assigned and output as information. LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • EX EX area potentially explosive area Fl

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Raucherfassungsmodul (1) eingerichtet zum optischen Anschluss an ein externes optoelektrisches Auswertemodul (2) über zwei oder mehrere Lichtwellenleiter (3), wobei das Raucherfassungsmodul ein Gehäuse (4), eine im oder am Gehäuse angeordnete Lichtauskoppeleinheit (5) sowie eine im oder am Gehäuse angeordnete Lichteinkoppeleinheit aufweist, wobei die Lichtauskoppeleinheit und die Lichteinkoppeleinheit derart zueinander ausgerichtet sind, dass Licht von der Lichtauskoppeleinheit direkt oder unter einem Streulichtwinkel in die Lichteinkoppeleinheit einkoppelbar ist, und wobei die Lichtauskoppeleinheit eingangsseitig und die Lichteinkoppeleinheit ausgangsseitig zumindest mittelbar an die Lichtwellenleiter optisch anschliessbar sind. Die Erfindung betrifft ein entsprechendes optoelektrisches Auswertemodul (2) eingerichtet zum optischen Anschluss an ein derartiges optisches Raucherfassungsmodul (1) über die zwei oder mehreren Lichtwellenleiter. Es weist u.a. eine elektronische Auswerteeinheit (25) zur Auswertung eines von einem Lichtempfänger (23) stammenden Empfängersignals sowie zur Ausgabe eines Brandalarms (ALARM) oder einer Meldung auf, falls das Empfängersignal in unzulässiger Weise von einem Vergleichswert abweicht.

Description

Beschreibung
Optisches Raucherfassungsmodul, Brandmeldeanlage sowie Verwendung eines optischen Raucherfassungsmoduls in einem Nukle- arbereich oder EX-Bereich
Die Erfindung betrifft ein optisches Raucherfassungsmodul, ein optoelektrisches Auswertemodul, einen Baugruppenträger mit einer Mehrzahl von optoelektrischen Auswertemodulen.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brandmeldeanlage zur Detektion von Rauch sowie zur Ausgabe eines Brandalarms in einem detektierten Brandfall, welche einen derartigen Baugruppenträger und eine Mehrzahl von optischen Raucherfas- sungsmodulen aufweist. Sie betrifft weiterhin eine derartige Brandmeldeanlage, welche eine Mehrzahl von optoelektrischen Auswertemodulen und mehrere optische Raucherfassungsmodule aufweist. Weiterhin betrifft sie eine derartige Brandmeldeanlage, welche ein optoelektrisches Auswertemodul, eine Mehr- zahl von optischen Raucherfassungsmodulen und einen dazwischen geschalteten optischen Multiplexer aufweist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung eines derartigen optischen Raucherfassungsmoduls in einem Bereich mit ionisierender Strahlung, insbesondere in einem Nuklearbereich, oder in einem explosionsgefährdeten Bereich, insbesondere in einem sogenannten EX-Bereich.
Schliesslich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur opti- sehen Raucherfassung sowie eine Anwendung des Verfahrens in einem Bereich mit ionisierender Strahlung, insbesondere in einem Nuklearbereich, oder in einem explosionsgefährdeten Bereich, insbesondere in einem sogenannten EX-Bereich. Aus dem Stand der Technik sind Brandmelder, wie z.B. optische Rauchmelder oder Hitzemelder, zur Detektion eines Brandes bekannt. Optische Rauchmelder können z.B. auf dem Streulichtprinzip, auf dem Extinktionsprinzip oder auf dem optoakus- tischen Prinzip basieren. Ist der Gefahrenmelder ein Hitzemelder, so wird die aktuell in der Umgebung des Hitzemelders vorliegende Temperatur erfasst, wie z.B. mittels eines temperaturabhängigen Widerstands . Die betrachteten Gefahrenmelder können auch Rauchgasmelder sein, welche einen Gassensor als Detektoreinheit aufweisen, wie z.B. einen Gas-FET (FET für Field Effect Transistor) . Die betrachteten Gefahrenmelder können auch Kombinationen der zuvor genannten Detektoreinheiten aufweisen.
Der Bereich mit erhöhter, insbesondere mit hoher radioaktiver Strahlungsdisposition kann z.B. ein Nuklearbereich oder der Weltraum sein. Nuklearbereiche sind insbesondere räumlich abgegrenzte Bereiche zum Beispiel innerhalb eines Kernkraftwer- kes, einer kerntechnischen Wiederaufbereitungsanlage oder eines End- oder Zwischenlagers für radioaktiven Abfall gemeint.
Mit radioaktiver Strahlung ist eine ionisierende Teilchenoder elektromagnetische Strahlung gemeint, die von radioakti- ven Stoffen aus geht und welche in der Lage ist, aus Atomen und Molekülen Elektronen loszureissen, so dass positiv geladene Ionen oder Molekülreste zurückbleiben. Während die Alpha- und Betastrahlung als Teilchenstrahlung bereits durch weniger Millimeter dicke Materialdicken abgeschirmt werden kann, ist eine wirksame Abschirmung gegen die elektromagnetische Gammastrahlung nur mit hohem Materialaufwand möglich. Je nach Abschirmungsanforderung können Bleiabschirmungen mit Abschirmdicken von einem Meter und mehr erforderlich sein. Die radioaktive Strahlung hat im Allgemeinen einen destruktiven Einfluss auf elektronische Bauteile und insbesondere auf Halbleiterbauelemente. Derartige Bauelemente weisen sehr feine Halbleiterstrukturen von weniger als 1 μπι, insbesondere von weniger als 100 nm auf. Alle Arten hochenergetischer io- nisierender Strahlung treten dabei in Wechselwirkung mit einem Halbleiter-Kristall. Auch wenn eine Abschirmung gegen Alpha- und Betastrahlung vergleichsweise einfach möglich ist, wie z.B. durch ein Gehäuseblech oder eine Kunststoffgehäuse, so hat die Einwirkung der Gammastrahlung auf die Abschirmung oder auf das Gehäuse der Halbleiterbauelemente zur Folge, dass in geringem Umfang auch sekundäre Alpha- und Betateilchen entstehen, die ihrerseits in Wechselwirkung mit dem Halbleiter-Kristall treten. Durch die Wechselwirkung eines solchen eingestrahlten Teilchens mit einem Gitteratom kann dieses aus dem Gitterverband herausgelöst werden, und es entsteht eine Fehlstelle. Das freie Atom kann, wenn es genügend übertragene Stossenergie besitzt, weitere Atome herausschla- gen, oder in eine Zwischengitterposition wandern. Es bildet sich ein sogenannter Leerstellen-Zwischengitteratom-Komplex.
Ein wichtiger Einfluss einwirkender Strahlung ist die Erzeugung von Kristalldefekten, die zusätzliche Energiezustände innerhalb des verbotenen Bandes und damit Rekombinations- zentren generieren. Diese Effekte treten beschleunigt bei Halbleitermikrostrukturen mit erhöhtem Komplexitätsgrad auf, wie z.B. bei ASICs oder bei Mikrokontrollern . Widerstände oder Kondensatoren sind hingegen aber kaum betroffen.
Aus diesem Grund werden vorzugsweise robuste diskrete Halbleiterbauelemente wie Transistoren oder Dioden eingesetzt, um eine beschleunigte Degenerierung der elektrischen Parameter in der Schaltung zu berücksichtigen, zumal überwiegend strah- lungsfeste, ältere integrierte Halbleiterbauteile, wie z.B.
ICs, Logikgatter etc., die eine Strukturgrössen von mehr 1 μπι aufweisen, aufgrund der weit fortgeschrittenen Miniaturisierung kaum mehr auf dem Halbleitermarkt erhältlich sind. Durch die Verwendung diskreter Halbleiterbauelement kann somit eine minimale Lebensdauer, wie z.B. von 3 Jahren, entsprechend den einschlägigen Anforderungen, wie z.B. denen bei einem Kernkraftwerk, realisiert werden. Eine solche Anforderung kann z.B. sein, dass ein Brandmelder eine Strahlenbelas- tung bzw. eine Energiedosis von 0.25 Gy in einem Zeitraum von 3 Jahre „aushalten" muss. Mit Gy (für Gray) ist dabei die SI- Einheit der absorbierten Energiedosis D bezeichnet. Die auf die Zeit bezogene absorbierte Energiedosis wird dabei als Dosisrate bezeichnet.
Die Entwicklung und Fertigung eines solchen Brandmelders ist folglich äusserst aufwändig und kostenintensiv. Zudem besteht die Gefahr, dass geeignete Halbleiterbauelemente bedingt durch den technologischen Fortschritt durch die Miniaturisierung künftig nicht mehr zur Verfügung stehen. Bekannt ist der Einsatz von Brand- und Rauchmeldern auch in explosionsgefährdeten Bereichen, wie z.B. in der Petrochemie, in der Chemieindustrie sowie in Anlagen mit explosiven Stäuben. Derartige Brand- und Rauchmelder sind zum einen mechanisch äusserst robust auszulegen. Zum anderen ist die gesamte Elektrik und Elektronik dahingehend auszulegen, dass unter keinen Umständen ein Zündfunken oder sogenannte „Hotspots" entstehen können, die zu einer Explosion in den o.g. Bereichen führen können. Der hierzu technische Aufwand ist entsprechend hoch.
Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik ist es somit eine Aufgabe der Erfindung, technisch zuverlässige Vorrichtungen sowie entsprechende Verfahren für eine Rauch- und Branddetektion anzugeben, die auch in einem Bereich mit ioni- sierender Strahlung, insbesondere in einem Nuklearbereich, oder in einem explosionsgefährdeten Bereich eingesetzt werden können. Insbesondere müssen die Vorrichtungen in der Lage sein, eine Strahlenbelastung bzw. eine Energiedosis von mindestens 0.05 Gy/Jahr, insbesondere von mindestens 0.25 Gy in einem Zeitraum von 3 Jahre, „auszuhalten".
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen be- schrieben.
Erfindungsgemäss ist ein optisches Raucherfassungsmodul vorgesehen, welches eingerichtet ist zum optischen Anschluss an ein externes optoelektrisches Auswertemodul über zwei oder mehrere Lichtwellenleiter. Das optische Raucherfassungsmodul - weist eine Lichtauskoppeleinheit sowie eine Lichteinkoppel - einheit auf. Die Lichtauskoppeleinheit und die Lichteinkop- peleinheit sind derart zueinander ausgerichtet, dass Licht von der Lichtauskoppeleinheit direkt oder unter einem Streulichtwinkel in die Lichteinkoppeleinheit einkoppelbar ist, wobei die Lichtauskoppeleinheit eingangsseitig und die Lichteinkoppeleinheit ausgangsseitig zumindest mittelbar an die Lichtwellenleiter optisch anschliessbar sind.
Das optische Raucherfassungsmodul ist vorzugsweise frei von elektronischen und/oder optoelektronischen Bauelementen, die typischerweise für die optische Raucherfassung vorgesehen sind. Insbesondere ist ein derartiges erfindungsgemässes optisches Raucherfassungsmodul in einem Bereich mit ionisierender Strahlung, insbesondere in einem Nuklearbereich, oder auch in einem explosionsgefährdeten Bereich verwendbar. Kern der Erfindung ist, dass sozusagen die gesamte Elektronik inklusive LED und Photosensor für die optische Detektion aus einem herkömmlichen Rauchmelder entfernt wird. Das gepulste Licht zum Erzeugen von Streulicht sowie dessen optische Detektion erfolgt stattdessen über ein optoelektronisches Aus- wertemodul, das sich ausserhalb des radioaktiven Bereichs oder des explosionsgefährdeten Bereichs befindet (siehe
FIG 1) . Die Verbindung zwischen dem nun "elektronikfreien" Raucherfassungsmodul und dem optoelektronischen Auswertemodul erfolgt über Lichtwellenleiter, wie z.B. Glasfaser bzw. Glas- faserbündel, die an sich strahlungsfest sind. Die Distanz zwischen dem optischen Raucherfassungsmodul und dem opto- elektrischen Auswertemodul kann dabei im Bereich von bis zu mehreren 100 Metern oder sogar bis zu einigen Kilometern betragen. Im praktischen Einsatz in einem Kernkraftwerk dürf- te die entsprechende Länge der Lichtwellenleiter im Bereich von 100 m bis 300 m liegen. Zudem gibt es kommerziell erhältliche strahlungsresistente Glasfasern, wie z.B. der Typ Rad- Hard der DrakaElite-Serie der Fa. Draka für MIL-Anwendungen . Die Lichtein- und -auskopplung kann z.B. über Quarzglasprismen, die auf die bisherigen Halterungen der LED und des Photosensors adaptiert werden, erfolgen (siehe FIG 3, FIG 4). Zur Strahlaufweitung und Bündelung sind industrielle Kollima- toren verfügbar (siehe FIG 3, FIG 4) . Das optische Raucherfassungsmodul kann anstelle des Melderkontakts eine optische Kupplung aufweisen, wobei die Quarzglasprismen einen Teil der Kupplung bilden können (siehe FIG 3, FIG 4) . Nach einer Ausführungsform ist die Lichtauskoppeleinheit ein- gangsseitig und die Lichteinkoppeleinheit ausgangsseitig mit der zumindest einen optischen Aufnahme optisch verbunden. Beide Einheiten können mit der jeweiligen optischen Aufnahme ein gemeinsames optisches Bauelement bilden (FIG 2, FIG 5, FIG 6) .
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemässe optische Raucherfassungsmodul ein Gehäuse mit der darin oder daran angeordneten Lichtauskoppeleinheit sowie mit der darin oder daran an- geordneten Lichteinkoppeleinheit. Alternativ kann das optische Raucherfassungsmodul z.B. eine Montageplatte aufweisen, auf der die Lichtauskoppeleinheit sowie die Lichteinkoppel - einheit angeordnet sind. Weiterhin ist vorzugsweise im oder am Gehäuse zumindest auch eine optische Aufnahme für je einen Lichtwellenleiter angeordnet.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge setzt sich das optische Raucherfassungsmodul aus einem Modulkopf mit einem Modulgehäuse und einem Sockel mit einem Sockelgehäuse zusammen (siehe FIG 3, FIG 4) . Der Sockel ist zur Aufnahme des Modulkopfs vorgesehen, wobei im Sockelgehäuse zwei optische Auf- nahme-/Kupplungseinheiten angeordnet sind, welche jeweils zur Aufnahme eines Lichtwellenleiters ausgebildet sind. Sie weisen jeweils eine der Aufnahme optisch gegenüberliegende erste optische Kupplungsfläche auf. Die Lichtauskoppeleinheit und die Lichteinkoppeleinheit sind jeweils Teil einer optischen Kupplungs-/Lichtkoppeleinheit , wobei die Lichtauskoppeleinheit eingangsseitig und die Lichteinkoppeleinheit ausgangs- seitig jeweils eine zweite optische Kupplungsfläche aufweisen. Die optischen Aufnahme-/Kupplungseinheiten und die optischen Kupplungs-/Lichtkoppeleinheiten sind derart im Sockel- und Modulgehäuse angeordnet, dass sich im aufgenommenen Zu- stand des Modulkopfes im Sockel jeweils eine erste und zweite optische Kupplungsfläche gegenüberliegen.
Nach einer weiteren Ausführungsform weisen die Lichtauskoppeleinheit und die Lichteinkoppeleinheit jeweils ein Prisma und/oder einen Spiegel zur Lichtstrahlumlenkung auf.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge weisen die Lichtauskoppeleinheit und die Lichteinkoppeleinheit jeweils eine optische Linse für die Lichtein- und -auskopplung auf.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein opto- elektrisches Auswertemodul gelöst, welches eingerichtet ist zum optischen Anschluss an ein externes erfindungsgemässes optisches Raucherfassungsmodul über zwei oder mehrere Licht- Wellenleiter. Das optoelektrische Auswertemodul weist einen optischen Eingang und einen optischen Ausgang jeweils zur Aufnahme eines der Lichtwellenleiter auf (siehe FIG 1) , wobei der optische Eingang mit einem Lichtempfänger und der optische Ausgang mit einer Lichtquelle optisch verbunden sind. Die Lichtquelle ist vorzugsweise eine LED. Der Lichtempfänger ist vorzugsweise eine Photodiode oder ein Phototransistor. Das optoelektrische Auswertemodul weist eine elektronische Auswerteeinheit zur Auswertung eines vom Lichtempfänger stammenden Empfängersignals sowie zur Ausgabe eines Brandalarms oder einer Meldung auf, falls das Empfängersignal in unzulässiger Weise von einem Vergleichswert abweicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch einen Baugruppenträger mit einer Mehrzahl von erfindungsgemässen optoelek- trischen Auswertemodulen und mit einer zentralen Auswerteeinheit zumindest für die übergeordnete Ausgabe eines Brandalarms oder einer Meldung gelöst . Weiterhin wird die Aufgabe durch eine (erste) Brandmeldeanlage zur Detektion von Rauch sowie zur Ausgabe eines Brandalarms oder eine Meldung in einem detektierten Brandfall gelöst. Die Brandmeldeanlage weist einen erfindungsgemässen Baugruppenträger mit einer Mehrzahl von erfindungsgemässen optoelektrischen Auswertemodulen sowie eine Mehrzahl von er- findungsgemässen optischen Raucherfassungsmodulen auf. Die optoelektrischen Auswertemodule sind über Lichtwellenleiter mit den jeweiligen optischen Raucherfassungsmodulen optisch verbunden.
Weiterhin wird die Aufgabe durch eine (zweite) Brandmeldeanlage zur Detektion von Rauch sowie zur Ausgabe eines Brandalarms oder eine Meldung in einem detektierten Brandfall ge- löst. Die Brandmeldeanlage weist eine Mehrzahl von erfindungsgemässen optoelektrischen Auswertemodulen und mehrere erfindungsgemässe optische Raucherfassungsmodule auf, wobei die mehreren optoelektrischen Auswertemodule über Lichtwellenleiter mit den jeweiligen mehreren optischen Raucherfas- sungsmodulen optisch verbunden sind.
Weiterhin wird die Aufgabe durch eine (dritte) Brandmeldeanlage zur Detektion von Rauch sowie zur Ausgabe eines Brandalarms oder eine Meldung in einem detektierten Brandfall ge- löst. Die Brandmeldeanlage weist ein (einziges) erfindungsge- mässes optoelektrisches Auswertemodul, eine Mehrzahl von er- findungsgemässen optischen Raucherfassungsmodulen und einen dazwischen geschalteten optischen Multiplexer auf (siehe FIG 7) . Der Multiplexer ist dazu eingerichtet, jeweils einen aus der Mehrzahl der optischen Raucherfassungsmodule wiederkehrend und vorzugsweise für alle Raucherfassungsmodule optisch an das optoelektrische Auswertemodul zu schalten.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zur optischen Raucherfassung gelöst, wobei die optische Raucherfassung frei von optoelektrischen oder optoelektronischen Mitteln erfolgt. Es erfolgt räumlich davon über Lichtwellenleiter getrennt eine optoelektrische Auswertung und gegebe- nenfalls eine Brandalarmierung zumindest mit optoelektrischen oder optoelektronischen Mitteln.
Das zuvor genannte Verfahren kann vorteilhaft in einem Be- reich mit ionisierender Strahlung, insbesondere in einem Nuklearbereich, angewendet werden, während die optoelektrische Auswertung und gegebenenfalls die Brandalarmierung ausserhalb des Bereichs mit der ionisierenden Strahlung erfolgt. Das zuvor genannte Verfahren kann zudem vorteilhaft in einem explosionsgefährdeten Bereich, insbesondere in einem sogenannten EX-Bereich, angewendet werden, während die optoelektrische Auswertung und gegebenenfalls die Brandalarmierung ausserhalb des explosionsgefährdeten Bereichs erfolgt.
Da das erfindungsgemässe optische Raucherfassungsmodul frei ist von elektrischen, elektronischen sowie von optoelektrischen Bauelementen, insbesondere von optoelektronischen Bauelementen, für die Rauchdetektion ist, entfallen hier vor- teilhaft die zeit- und kostenintensiven Aufwendungen für die sicherheitstechnische „EX"-Zulassung von Rauch- bzw. Brandmeldern in explosionsgefährdeten Bereichen zum grossen Teil.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegen- den Erfindung sind am Beispiel der nachfolgenden Figuren ersichtlich. Dabei zeigen
FIG 1 ein Beispiel für eine Brandmeldeanlage mit mehreren optischen Raucherfassungsmodulen und mit mehreren zugeordneten optoelektrischen Auswertemodulen gemäss der Erfindung,
FIG 2 eine Innenansicht eines beispielhaften optischen
Raucherfassungsmoduls mit einer optischen Messkam- mer nach dem Streulichtprinzip und mit zwei Lichtwellenleitern für die Lichteinkopplung und Lichtauskopplung gemäss der Erfindung, eine Seitenansicht eines beispielhaften Raucherfassungsmoduls nach dem Streulichtprinzip in herkömmlicher Bauform, mit einem in einem Sockel aufgenommenen Modulkopf und mit zwei optischen Kupplungen für die Lichteinkopplung und Lichtauskopplung gemäss der Erfindung, eine Seitenansicht eines beispielhaften Raucherfassungsmoduls nach dem Streulichtprinzip mit zwei optischen Aufnahme-/Kupplungseinheiten mit im Vergleich zu FIG 3 je einem optischen Aussenanschluss , eine Innenansicht eines beispielhaften optischen Raucherfassungsmoduls nach dem optischen Extinktionsprinzip gemäss der Erfindung, eine Seitenansicht eines beispielhaften Raucherfassungsmoduls nach dem offenen Streulichtprinzip mit einem ausserhalb des Raucherfassungsmodul liegenden Streulichtzentrum gemäss der Erfindung und ein Beispiel für eine Brandmeldeanlage mit einem optischen Multiplexer zum wahlweisen Anschalten eines der optischen Raucherfassungsmodule aus einer Mehrzahl von optischen Raucherfassungsmodulen an ein einziges optoelektrisches Auswertemodul gemäss der Erfindung.
FIG 1 zeigt ein Beispiel für eine Brandmeldeanlage 100 mit mehreren optischen Raucherfassungsmodulen 1 und mit mehreren zugeordneten optoelektrischen Auswertemodulen 2 gemäss der Erfindung .
Die optischen Raucherfassungsmodule 1 befinden sich in einem Bereich NUC mit ionisierender Strahlung, insbesondere in einem Nuklearbereich, symbolisiert durch mehrere Warnzeichen für ionisierende Strahler. Derartige Gefahrenbereiche sind typischerweise Sperrbereiche z.B. innerhalb eines Kontrollbe- reichs eines Kernkraftwerks, in denen die Dosisleistung höher als 3 mSv (Millisievert) pro Stunde betragen kann. Personal darf der Aufenthalt in einem solchen Sperrbereich nur unter fachkundiger Aufsicht erlaubt werden, wie z.B. zur Durchfüh- rung vorgesehener Betriebsvorgänge, und dies typischerweise dann nur für kurze Einsatzzeiten im Minutenbereich.
Die zuvor beschriebenen Grenzwerte und Bezeichnungen gelten für das Hoheitsgebiet der Bundesrepublik Deutschland. Die Grenzwerte anderer Staaten können nach den jeweiligen nationalen Vorschriften jedoch davon abweichen. Das Sievert ist hierbei die Maßeinheit verschiedener gewichteter Strahlendosen. Diese Masseinheit dient zur Bestimmung der Strahlenbelastung biologischer Organismen. Sie wird folglich auch bei der Analyse des Strahlenrisikos verwendet.
Die gezeigten optischen Raucherfassungsmodule 1 können in ihrem äusseren Erscheinungsbild an das von gewerblichen Rauchmeldern oder an das von Rauchmeldern für den Heimgebrauch an- gelehnt sein, wie z.B. an das der Sinteso-Rauchmelderfamilie der Fa. Siemens. Sie weisen vorzugsweise die Bauform von als Punktmeldern ausgebildeten Rauchmeldern auf.
Im rechten Teil der FIG 1 ist ein Baugruppenträger 20 zu se- hen, in welchem mehrere optoelektrische Auswertemodule 2 angeordnet sind. Es ist dabei jedem optischen Raucherfassungsmodul 1 jeweils ein optoelektrisches Auswertemodul 2 zugeordnet. Letzter sind über Lichtwellenleiter 3 mit den jeweiligen optischen Raucherfassungsmodulen 1 optisch verbunden.
Wesentlich dabei ist gemäss der Erfindung, dass im Bereich NUC mit ionisierender Strahlung die optische Raucherfassung frei von optoelektrischen oder optoelektronischen Mitteln erfolgt. Dagegen erfolgt die optoelektrische Auswertung und ge- gebenenfalls Brandalarmierung ALARM räumlich über Lichtwellenleiter 3 vom Bereich NUC mit ionisierender Strahlung getrennt. Dieser davon getrennte Bereich kann z.B. ein Kontrollbereich eines Kernkraftwerks sein. Wesentlich ist auch, dass in diesem räumlich vom Bereich NUC mit ionisierender Strahlung getrennten Bereich nur eine vergleichsweise niedrige Strahlungsbelastung für das dort anwesende Betriebspersonal von maximal 20 mSv pro Jahr herrscht. Prinzipiell können die jeweiligen optischen Raucherfassungsmodule 1 bis zu mehreren hundert Metern oder sogar bis zu einigen Kilometern von dem zugeordneten optoelektrischen Auswertemodul 2 getrennt sein. Im praktischen Einsatz in einem Kernkraftwerk dürfte die entsprechende Länge der Lichtwellen- leiter 3 im Bereich von 100 m bis 300 m liegen. Besonders geeignet sind in diesem Fall strahlungsresistente Glasfasern, wie z.B. der Typ RadHard der DrakaElite-Serie der Fa. Draka für MIL-Anwendungen, als Lichtwellenleiter. Dennoch weisen diese über weite Lichtwellenleiterstrecken hinweg geringe op- tische Dämpfungsverluste auf.
Die optischen Raucherfassungsmodule 1 können sich auch in einem anderen Gefahrenbereich befinden, wie z.B. in einem explosionsgefährdeten Bereich EX in der Petrochemie, in der Chemieindustrie sowie in Anlagen mit explosiven Stäuben, wie z.B. in der Zement- oder Düngemittelindustrie oder im Bereich einer Kohlenmine mit Kohlestäuben. Auch hier können prinzipiell die jeweiligen optischen Raucherfassungsmodule 1 bis zu mehreren Kilometern von dem zugeordneten optoelektrischen Auswertemodul 2 getrennt sein. In diesen Anwendungsfällen ist der Einsatz von strahlungsresistenten Glasfasern als Lichtwellenleiter nicht erforderlich.
Weiterhin gemäss FIG 1 weist der Baugruppenträger 20 eine zentrale Auswerteeinheit 26 auf, um die von den mehreren optischen Raucherfassungsmodulen 1 stammenden jeweiligen Brand- alarmierungen zu bündeln. Der dann zentral ausgegebene Brandalarm ALARM kann darüber hinaus eine Information umfassen, welcher der optischen Raucherfassungsmodule 1 im Sinne einer Adressierung ausgelöst hat.
Die gezeigten beispielhaften optischen Raucherfassungsmodule 1 sind zum optischen Anschluss an ein externes optoelektri- sches Auswertemodul 2 über zwei Lichtwellenleiter 3 eingerichtet. Mit dem Bezugszeichen 31 ist aus Sicht des Auswertemoduls 2 der Hinleiter und mit 32 der Rückleiter bezeichnet. Das Modul 1 weist eine in oder an einem Gehäuse 4 angeordnete Lichtauskoppeleinheit 5 sowie eine im oder am Gehäuse 4 angeordnete Lichteinkoppeleinheit 6 auf. Dabei sind die Lichtauskoppeleinheit 5 und die Lichteinkoppeleinheit 6 derart zueinander ausgerichtet, dass Licht von der Lichtauskoppeleinheit 5 unter einem Streulichtwinkel in die Lichteinkoppeleinheit 6 einkoppelbar ist. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Streulichtwinkel 120°. Beide Einheiten 5, 6 bilden somit eine sogenannte Vorwärtsstreulichtanordnung . Mit OM ist eine gegen Umgebungslicht abgeschirmte, für zu detektierenden Rauch jedoch durchlässige optische Messkammer bezeichnet. Mit M ist das Streulichtzentrum in der Messkammer OM bezeichnet.
Die gezeigten beispielhaften optoelektrischen Auswertemodule 2 sind in entsprechender Weise zum optischen Anschluss an das jeweilige externe optische Raucherfassungsmodul 1 über die jeweiligen zwei Lichtwellenleiter 3 eingerichtet. Das jeweilige Auswertemodul 2 weist einen optischen Eingang 21 sowie einen optischen Ausgang 22 jeweils zur Aufnahme eines der Lichtwellenleiter 3 auf. Es sind weiterhin der optische Eingang 21 mit einem Lichtempfänger 23 und der optische Ausgang 22 mit einer Lichtquelle 24 optisch verbunden. Im vorliegenden Beispiel ist der Lichtempfänger 23 eine Photodiode. Er kann alternativ auch ein Phototransistor oder eine Photoröhre sein. Die im Beispiel der vorliegenden FIG 1 gezeigte Lichtquelle 24 ist eine LED, wie z.B. eine IR-LED, eine blauleuch- tende oder eine UV-LED. Sie kann alternativ eine Glühbirne oder eine Xenon-Blitzlichtröhre sein. Das optoelektrische Auswertemodul 2 weist weiterhin eine elektronische Auswerteeinheit 25 zur Auswertung eines vom Lichtempfänger 23 stammenden Empfängersignals sowie zur Ausgabe eines Brandalarms ALARM oder einer Meldung auf, falls das Empfängersignal in unzulässiger Weise von einem Vergleichswert abweicht. FIG 2 zeigt eine Innenansicht eines beispielhaften optischen Raucherfassungsmoduls 1 mit einer optischen Messkammer OM nach dem Streulichtprinzip und mit zwei Lichtwellenleitern 3 für die Lichteinkopplung und Lichtauskopplung gemäss der Er- findung.
Im gezeigten Gehäuse 4 ist je eine optische Aufnahme 7 zur Aufnahme des Lichtwellenleiter-Hinleiters 31 und des Licht- wellenleiter-Rückleiters 32 angeordnet. Mit E ist das jewei- lige Lichtwellenleiterende bezeichnet. Im vorliegenden Fall ist sind die Lichtauskoppeleinheit 5 und die Lichteinkoppel - einheit 6 jeweils als plankonvexe Linse ausgebildet, wobei die plane Seite der jeweiligen Linse bündig an das gleichfalls plan ausgeführte jeweilige Lichtwellenleiterende E an- liegt. Alternativ kann - wie im Beispiel der FIG 1 gezeigt - das Ende eines Lichtwellenleiters 31, 32 derart ausgeformt sein, dass dieses als Baueinheit zugleich die optische Linse und somit die Lichtauskoppeleinheit 5 bzw. die Lichteinkoppeleinheit 6 bildet.
Mit D sind weiterhin Durchführungen im Gehäuse 4 für die beiden Lichtwellenleiter 3 bezeichnet. FIG 2 zeigt zudem den Aufbau der optischen Messkammer OM mit ihrer Vielzahl von Blenden 43.
FIG 3 zeigt eine Seitenansicht eines beispielhaften Raucherfassungsmoduls 1 nach dem Streulichtprinzip in herkömmlicher Bauform, mit einem in einem Sockel 12 aufgenommenen Modulkopf 11 und mit zwei optischen Kupplungen OK für die Lichteinkopp- lung und Lichtauskopplung gemäss der Erfindung.
Das gezeigte optische Raucherfassungsmodul 1 setzt sich aus dem Modulkopf 11 und dem Sockel 12 zusammen. Der Sockel 12 oder auch Meldersockel ist zur insbesondere lösbaren und an sich bekannten Aufnahme des Modulkopfs 11 vorgesehen. Das Bezugszeichen 41 bezeichnet das Modulgehäuse, das Bezugszeichen 42 das entsprechende Sockelgehäuse. Im Modulgehäuse 41 ist weiterhin eine schlitzförmige Raucheintrittsöffnung OF für den zu detektierenden Rauch im Inneren des Modulkopfes 11 zu sehen. Aufgrund der projizierten Darstellung erscheint die gezeigte Vorwärtsstreulichtanordnung, welche der aus FIG 1 und FIG 2 entspricht, etwas verzerrt. Im Sockelgehäuse 42 sind ferner zwei optische Aufnahme-/Kupplungseinheiten 8 angeordnet. Sie dienen einerseits zur Aufnahme des jeweiligen Lichtwellenleiters 31, 32 und andererseits zur Lichtein- bzw. Lichtauskopplung zu bzw. aus jeweils einer angrenzenden
Kupplungs-/Lichtkoppeleinheit 9. Die Lichtauskoppeleinheit 5 sowie die Lichteinkoppeleinheit 6 sind dabei jeweils Teil einer solchen optischen Kupplungs-/Lichtkoppeleinheit 9.
Die beiden optischen Aufnahme-/Kupplungseinheiten 8 weisen jeweils eine der Aufnahme optisch gegenüberliegende erste op- tische Kupplungsfläche Fl auf. Die Lichtauskoppeleinheit 5 weist ihrerseits optisch eingangsseitig und die Lichteinkoppeleinheit 6 ihrerseits optisch ausgangsseitig jeweils eine zweite optische Kupplungsfläche F2 auf. Es sind weiterhin gemäss der Erfindung die optischen Aufnahme-/Kupplungseinheiten 8 und die optischen Kupplungs-/Lichtkoppeleinheiten 9 derart im Sockel- und Modulgehäuse 41, 42 angeordnet, dass sich im aufgenommenen Zustand des Modulkopfes 11 im Sockel 12 jeweils eine erste und zweite optische Kupplungsfläche Fl, F2 gegenüberliegen. Die beiden Kupplungsflächen Fl, F2 sind vorzugs- weise plan ausgeführt und liegen im aufgenommenen Zustand parallel zueinander. Insbesondere liegen sich dann die ersten und zweiten optischen Kupplungsflächen Fl, F2 nahezu bündig gegenüber . Die gezeigten Aufnahme-/Kupplungseinheiten 8 weisen beispielhaft eine zylindrische Bauform auf. Insbesondere handelt es sich bei diesen um Kollimatoren, welche zur Strahlaufweitung respektive Strahlbündelung vorgesehen sind. Mit E ist wiederum das jeweilige Lichtwellenleiterende bezeichnet, welches in den jeweiligen Kollimator 8 aufgenommen ist. Weiterhin weisen die Lichtauskoppeleinheit 5 und die Lichteinkoppeleinheit 6 als Teil der optischen Kupplungs-/Lichtkoppeleinheiten 9 jeweils ein Prisma zur Lichtstrahlumlenkung in Richtung zum Streulichtzentrum M auf. Der Vorteil der gezeigten Ausführungsform liegt hier in der Austauschbarkeit eines Modulkopfs 11 wie z.B. im Rahmen einer Revision. FIG 4 zeigt eine Seitenansicht eines beispielhaften Raucherfassungsmoduls 1 nach dem Streulichtprinzip mit zwei optischen Aufnahme-/Kupplungseinheiten 8 mit im Vergleich zu FIG 3 je einem optischen Aussenanschluss 81. In diesem Fall weisen die beiden Aufnahme-/Kupplungseinheiten 8 jeweils ein Prisma zur Lichtstrahlumlenkung um 90° auf, so dass der anzuschliessende Lichtwellenleiter 31, 32 mit seinem Lichtwellenleiterende E seitlich am Sockel 12 in die jeweilige Aufnähme-/Kupplungseinheit 8 eingeschoben und dann dort fixiert werden kann, wie z.B. mittels einer Verschraubung .
FIG 5 zeigt eine Innenansicht eines beispielhaften optischen Raucherfassungsmoduls 1 nach dem optischen Extinktionsprinzip gemäss der Erfindung.
In diesem Fall sind die Lichtauskoppeleinheit 5 und die
Lichteinkoppeleinheit 6 derart zueinander ausgerichtet, dass Licht von der Lichtauskoppeleinheit 5 direkt in die Lichteinkoppeleinheit 6 einkoppelbar ist. Mit anderen Worten liegen sich die beiden Einheiten 5, 6 optisch unter Ausbildung einer optischen Messstrecke direkt gegenüber. Tritt nun zu detek- tierender Rauch in die optische Messstrecke ein, so wird das von der Lichtauskoppeleinheit 5 ausgesandte Licht in Richtung zur Lichteinkoppeleinheit 6 gedämpft. Ein diesem optischen Raucherfassungsmodul 1 zugeordnetes optoelektrisches Auswertemodul kann dann einen Brandalarm ausgeben, falls das vom Lichtempfänger stammende Empfängersignal in unzulässiger Weise einen Vergleichswert unterschreitet. Der Lichtempfänger setzt dabei das über den Rückleiter 32 von der Lichteinkop- peleinheit 6 stammende gedämpfte Licht in ein dazu proportionales Empfangssignal um. FIG 6 zeigt eine Seitenansicht eines beispielhaften Raucherfassungsmoduls 1 nach dem offenen Streulichtprinzip mit einem ausserhalb des Raucherfassungsmodul 1 liegenden Streulichtzentrum M gemäss der Erfindung. Mit dem Bezugszeichen 71 ist ein optischer Aussenanschluss bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 7' ist ein gemeinsames optisches Bauteil bezeichnet, in welchem die Lichtauskoppeleinheit 5 bzw. die Lichteinkoppel - einheit 6 mit jeweils einer optischen Aufnahme 7 bereits zu- sammengefasst sind.
FIG 7 zeigt ein Beispiel für eine Brandmeldeanlage 100 mit einem optischen Multiplexer 10 zum wahlweisen Anschalten eines der optischen Raucherfassungsmodule 1 aus einer Mehrzahl von optischen Raucherfassungsmodulen 1 an einen einziges op- toelektrisches Auswertemodul 2 gemäss der Erfindung.
Der Multiplexer 10 ist dazu eingerichtet ist, jeweils einen aus der Mehrzahl der optischen Raucherfassungsmodule 1 wiederkehrend und für alle sich betrieblich im Einsatz befindli- chen Raucherfassungsmodule 1 optisch an das optoelektrische Auswertemodul 2 zu schalten. Der Multiplexer 10 weist hierzu einen gemeinsamen Multiplexereingang und -ausgang COM auf, der in Abhängigkeit von einem Selektionssignal für die Kanal - auswahl SEL auf einen der beispielhaften vier optischen Kanä- le K1-K4 durchgeschaltet wird. Das Selektionssignal SEL stammt dabei von einer Multiplexeransteuereinheit 27, die Teil eines erweiterten optoelektrischen Auswertemoduls 50 mit einem erfindungsgemässen optoelektrischen Auswertemodul 2 ist. Im Falle eines von diesem detektierten Brandalarms kann die Multiplexeransteuereinheit 27 den Brandalarm ALARM ausgeben, wobei zusätzlich auf Basis des aktuell ausgegebenen Selektionssignals SEL das auslösende optische Raucherfassungsmodul 1 zugeordnet und als Information mit ausgegeben werden kann . Bezugszeichenliste
1 Optisches Raucherfassungsmodul, Punktmelder
2 Optoelektrisches Auswertemodul
3 Lichtwellenleiter, Lichtleiter, Glasfaser
4 Gehäuse
5 Lichtauskoppeleinheit
6 Lichteinkoppeleinheit
7 optische Aufnahme
7' gemeinsames optisches Bauteil
8 optische Aufnähme-/Kupplungseinheit
9 optischen Kupplungs-/Lichtkoppeleinheit
10 optischer Multiplexer
11 Modulköpf
12 Sockel
20 Baugruppenträger
21 optischer Eingang
22 optischer Ausgang
23 Lichtempfänger, Photodiode
24 Lichtquelle, LED
25 Auswerteeinheit, MikroController, CPU
26 zentrale Auswerteeinheit
27 Multiplexeransteuereinheit
31 Lichtwellenleiter, Hinleiter
32 Lichtwellenleiter, Rückleiter
41 Modulgehäuse
42 Sockelgehäuse
43 Blende
50 erweitertes optoelektrisches Auswertemodul 71, 81 optischer Aussenanschluss
100 Brandmeldeanlage
ALARM Brandmeldung, Alarmmeldung, Rauchmeldung
COM gemeinsamer Multiplexereingang und -ausgang D Durchführung
E Lichtwellenleiterende
EX EX-Bereich, explosionsgefährdeter Bereich Fl, F2 optische Kupplungsflächen K1-K4 Kanäle, Multiplexerkanäle
NUC Bereich mit ionisierender Strahlung, Nuklearbereich
OF Raucheintrittsöffnungen
OK Optische Kupplung
OM optische Messkammer, Labyrinth
M Streulichtzentrum
SEL Selektionssignal für die Kanalauswahl

Claims

Patentansprüche
1. Optisches Raucherfassungsmodul eingerichtet zum optischen Anschluss an ein externes optoelektrisches Auswertemodul (2) über zwei oder mehrere Lichtwellenleiter (3), wobei das optische Raucherfassungsmodul (1) eine Lichtauskoppeleinheit (5) sowie eine Lichteinkoppeleinheit (6) aufweist, wobei die Lichtauskoppeleinheit (5) und die Lichteinkoppeleinheit (6) derart zueinander ausgerichtet sind, dass Licht von der
Lichtauskoppeleinheit (5) direkt oder unter einem Streulichtwinkel in die Lichteinkoppeleinheit (6) einkoppelbar ist, und wobei die Lichtauskoppeleinheit (5) eingangsseitig und die Lichteinkoppeleinheit (6) ausgangsseitig zumindest mittelbar an die Lichtwellenleiter (3) optisch anschliessbar sind.
2. Optisches Raucherfassungsmodul nach Anspruch 1, wobei die Lichtauskoppeleinheit (5) eingangsseitig und die Lichteinkoppeleinheit (6) ausgangsseitig mit der zumindest einen optischen Aufnahme (7) optisch verbunden sind oder mit diesem ein gemeinsames optisches Bauteil (7λ) bilden.
3. Optisches Raucherfassungsmodul nach Anspruch 1, wobei sich das optische Raucherfassungsmodul (1) aus einem Modulkopf (11) mit einem Modulgehäuse (41) und einem Sockel (12) mit einem Sockelgehäuse (42) zusammensetzt, wobei der Sockel (12) zur Aufnahme des Modulkopfs (11) vorgesehen ist, wobei im Sockelgehäuse (42) zwei optische Aufnahme-/Kupplungseinheiten (8) angeordnet sind, welche jeweils zur Aufnahme eines Lichtwellenleiters (31, 32) ausgebildet sind und welche jeweils eine der Aufnahme optisch gegenüberliegende erste optische Kupplungsfläche (Fl) aufweisen, wobei die Lichtauskoppeleinheit (5) und die Lichteinkoppeleinheit (6) jeweils Teil einer optischen Kupplungs-/Lichtkoppeleinheit (9) sind, wobei die Lichtauskoppeleinheit (5) eingangsseitig und die Lichteinkop- peleinheit (6) ausgangsseitig jeweils eine zweite optische
Kupplungsfläche (F2) aufweisen, und wobei die optischen Auf- nahme-/Kupplungseinheiten (8) und die optischen Kupplungs- /Lichtkoppeleinheiten (9) derart im Sockel- und Modulgehäuse (41, 42) angeordnet sind, dass sich im aufgenommenen Zustand des Modulkopfes (11) im Sockel (12) jeweils eine erste und zweite optische Kupplungsfläche (Fl, F2) gegenüberliegen.
4. Optisches Raucherfassungsmodul nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Lichtauskoppeleinheit (5) und die Lichteinkoppel - einheit (6) jeweils ein Prisma und/oder einen Spiegel zur Lichtstrahlumlenkung aufweisen.
5. Optisches Raucherfassungsmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Lichtauskoppeleinheit (5) und die Lichteinkoppeleinheit (6) jeweils eine optische Linse für die Lichtein- und -auskopplung aufweisen.
6. Optisches Raucherfassungsmodul nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Raucherfassungsmodul frei von elektronischen und/oder optoelektronischen Bauelementen ist, die typischerweise für die optische Raucherfassung vorgesehen sind.
7. Verwendung eines optischen Raucherfassungsmoduls (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem Bereich (NUC) mit ionisierender Strahlung, insbesondere in einem Nuklearbereich.
8. Verwendung eines optischen Raucherfassungsmoduls (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem explosionsgefährdeten
Bereich (EX), insbesondere in einem sogenannten EX-Bereich.
9. Optoelektrisches Auswertemodul eingerichtet zum optischen Anschluss an ein externes optisches Raucherfassungsmodul (1) über zwei oder mehrere Lichtwellenleiter (3), wobei das opto- elektrische Auswertemodul (2) einen optischen Eingang (21) und einen optischen Ausgang (22) jeweils zur Aufnahme eines der Lichtwellenleiter (3) aufweist, wobei der optische Eingang (21) mit einem Lichtempfänger (23) und der optische Aus- gang (22) mit einer Lichtquelle (24) optisch verbunden sind, und wobei das optoelektrische Auswertemodul (2) eine elektronische Auswerteeinheit (25) zur Auswertung eines vom Lichtempfänger (23) stammenden Empfängersignals sowie zur Ausgabe eines Brandalarms (ALARM) oder einer Meldung aufweist, falls das Empfängersignal in unzulässiger Weise von einem Vergleichswert abweicht .
10. Baugruppenträger mit einer Mehrzahl von optoelektrischen Auswertemodulen (2) nach Anspruch 9 und mit einer zentralen Auswerteeinheit (26) zumindest für die übergeordnete Ausgabe eines Brandalarms (ALARM) oder einer Meldung.
11. Brandmeldeanlage zur Detektion von Rauch sowie zur Ausgabe eines Brandalarms (ALARM) oder einer Meldung in einem de- tektierten Brandfall, mit einem Baugruppenträger (20) nach Anspruch 10 mit einer Mehrzahl von optoelektrischen Auswertemodulen (2) und mit einer Mehrzahl von optischen Raucherfas- sungsmodulen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die optoelektrischen Auswertemodule (2) über Lichtwellenleiter (3) mit den jeweiligen optischen Raucherfassungsmodulen (1) optisch verbunden sind.
12. Brandmeldeanlage zur Detektion von Rauch sowie zur Ausgabe eines Brandalarms (ALARM) oder einer Meldung in einem de- tektierten Brandfall, mit einer Mehrzahl von optoelektrischen Auswertemodulen (2) nach Anspruch 9 und mit mehreren optischen Raucherfassungsmodulen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mehreren optoelektrischen Auswertemodule (2) über Lichtwellenleiter (3) mit den jeweiligen mehreren optischen Raucherfassungsmodulen (1) optisch verbunden sind.
13. Brandmeldeanlage zur Detektion von Rauch sowie zur Ausga- be eines Brandalarms (ALARM) oder einer Meldung in einem de- tektierten Brandfall, mit einem optoelektrischen Auswertemodul (2) nach Anspruch 9, mit einer Mehrzahl von optischen Raucherfassungsmodulen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und mit einem dazwischen geschalteten optischen Multiplexer (10) , wobei der Multiplexer (10) dazu eingerichtet ist, jeweils einen aus der Mehrzahl der optischen Raucherfassungsmodule (1) wiederkehrend und für alle Raucherfassungsmodule (1) optisch an das optoelektrische Auswertemodul (2) zu schalten.
14. Verfahren zur optischen Raucherfassung, wobei die optische Raucherfassung frei von optoelektrischen oder optoelektronischen Mitteln erfolgt und wobei räumlich getrennt davon über Lichtwellenleiter (3) eine optoelektrische Auswertung und gegebenenfalls Brandalarmierung (ALARM) zumindest mit optoelektrischen oder optoelektronischen Mitteln erfolgt.
15. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 14, wobei die optische Raucherfassung in einem Bereich (NUC) mit ionisie- render Strahlung, insbesondere in einem Nuklearbereich erfolgt, während die optoelektrische Auswertung und gegebenenfalls die Brandalarmierung (ALARM) ausserhalb des Bereichs (NUC) mit der ionisierenden Strahlung erfolgt.
16. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 14, wobei die optische Raucherfassung in einem explosionsgefährdeten Bereich (EX) , insbesondere in einem sogenannten EX-Bereich erfolgt, während die optoelektrische Auswertung und gegebenenfalls die Brandalarmierung (ALARM) ausserhalb des explosions- gefährdeten Bereichs erfolgt.
PCT/EP2014/052575 2013-03-07 2014-02-11 Optisches raucherfassungsmodul, brandmeldeanlage sowie verwendung eines optischen raucherfassungsmoduls in einem nuklearbereich oder ex-bereich WO2014135341A1 (de)

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