WO2023094596A1 - Waldbrandfrüherkennungssystem mit piezo/bi-metall-sensor und verfahren zum betrieb eines waldbrandfrüherkennungssystems - Google Patents

Waldbrandfrüherkennungssystem mit piezo/bi-metall-sensor und verfahren zum betrieb eines waldbrandfrüherkennungssystems Download PDF

Info

Publication number
WO2023094596A1
WO2023094596A1 PCT/EP2022/083292 EP2022083292W WO2023094596A1 WO 2023094596 A1 WO2023094596 A1 WO 2023094596A1 EP 2022083292 W EP2022083292 W EP 2022083292W WO 2023094596 A1 WO2023094596 A1 WO 2023094596A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bimetallic
signal
forest fire
detection system
gateway
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/083292
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Brinkschulte
Marco Bönig
Original Assignee
Dryad Networks GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dryad Networks GmbH filed Critical Dryad Networks GmbH
Priority to CA3238828A priority Critical patent/CA3238828A1/en
Priority to CN202280069163.8A priority patent/CN118103891A/zh
Publication of WO2023094596A1 publication Critical patent/WO2023094596A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/005—Fire alarms; Alarms responsive to explosion for forest fires, e.g. detecting fires spread over a large or outdoors area
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/06—Electric actuation of the alarm, e.g. using a thermally-operated switch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/02—Details
    • H01H37/32—Thermally-sensitive members
    • H01H37/52—Thermally-sensitive members actuated due to deflection of bimetallic element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/006—Thermally-actuated switches with different switches operated at substantially different temperatures

Definitions

  • the invention relates to an early forest fire detection system with a terminal, the terminal having a sensor unit, the sensor unit having a first and a second bimetallic signal transmitter, the two bimetallic signal transmitters being designed differently from one another.
  • the invention also relates to a method for detecting forest fires with the method steps of recording the amount of heat energy from a first bimetal signal transmitter of an early warning system for forest fires, converting the amount of heat energy into a deformation of the bimetal of the first bimetal signal transmitter, generating a first signal through the deformation of the bimetal of the first bimetal - Signal generator.
  • bimetal I piezo switches are known.
  • the bimetals of these switches deform when the temperature changes and thus trigger an electrical impulse through the deformation of a piezoelectric crystal coupled to the bimetal. It makes more sense to monitor the area using a number of inexpensive sensors that can be mass-produced.
  • the sensors are distributed across the site and send data to a base station via radio link.
  • Batteries, for example - also rechargeable - are used to supply them with energy.
  • it can still make sense not to use batteries because checking and replacing them is too time-consuming if the consumers are installed inaccessible or are difficult to reach.
  • the sensors should be sufficiently sensitive and robust as well as being as energy-efficient as possible. Due to the risk of self-ignition, lithium batteries are also not suitable for this purpose.
  • the task is solved by means of the early forest fire detection system according to claim 1 .
  • the early forest fire detection system has a terminal device that has a sensor unit.
  • the sensor unit has a first bimetallic signal generator.
  • the bimetal signal transmitter has a bimetal lamella with two layers of different metals on top of each other. The two layers are connected to one another by material bonding or by form-fitting material. Due to the different coefficients of thermal expansion of the metals used, one of the layers expands more than the other, causing the bimetallic plate to deform when the temperature changes. This deformation is converted into a signal by the bimetallic signal transmitter.
  • one part of the bimetal lamellae is arranged so that it can move freely, while another part of the bimetal lamellae is mounted. Due to the different coefficients of expansion of the two metals forming a bimetallic lamina, the bimetallic laminations deform both when heated and when cooled. For example, when heated, the deformation changes from a substantially flat shape to a shape with a curvature.
  • the sensor unit has a second bimetallic signal transmitter.
  • the first bimetallic signal transmitter is designed differently from the second bimetallic signal transmitter.
  • Both bimetal signal transmitters each have a bimetal lamella.
  • the two bimetallic plates differ in particular with regard to their coefficients of thermal expansion. Consequently, the deformation of both bimetal laminations at a given temperature is different, resulting in the generation of a signal at different temperatures.
  • the first and/or the second bimetallic signal transmitter is coupled to a piezo element. Due to the deformation of the bimetal lamellae of the bimetal signal generator, an electrical voltage is generated in the piezo element, which is detected and thus generates a signal in the first and/or second bimetal signal generator.
  • the switching temperature of the first bimetal lamella is different from the switching temperature of the second bimetal lamella.
  • the switching temperature is the temperature at which the bimetal lamella is deformed in such a way that it generates a signal, e.g. by short-circuiting a circuit due to the deformation and/or by generating an electrical voltage in a piezo element.
  • the two bimetallic plates differ in particular in their thermal expansion coefficients. As a result, the deformation of the two bimetal lamellae is different at a given temperature, or the two bimetal lamellae have the same deformation at different temperatures. This results in a signal being emitted by the two different bimetallic signal transmitters at different switching temperatures.
  • the sensor unit has an array of bimetallic signal transmitters.
  • the array has a plurality of bimetallic signal generators. If the bimetallic signal generator is designed in the same way, the signal strength of the generated signal is increased compared to using a bimetallic signal generator. The end device therefore requires a less powerful and therefore more energy-saving power and communication unit.
  • the array has a large number of different bimetallic signal transmitters.
  • the bimetal signal heads each have a bimetal lamella.
  • the bimetal lamellae differ from each other in particular with regard to their thermal expansion coefficients.
  • the deformation of the differently designed bimetallic lamellae is Temperature varies, resulting in generation of a signal at different temperatures.
  • the temperature intervals between the individual signal temperatures can be precisely defined by means of an array having a plurality of different bimetallic signal transmitters.
  • the multiplicity of different bimetallic signal generators of the sensor unit have different signal temperatures, with the respective bimetallic signal generator generating a signal when the signal temperature is reached.
  • the bimetal signal heads each have a bimetal lamella.
  • the respective bimetallic lamellae differ from one another in particular with regard to their coefficients of thermal expansion. As a result, the deformation of the differently designed bimetal lamellae is different at a given temperature, which results in the generation of a signal at different signal temperatures.
  • a number of signals are therefore generated by each sensor unit.
  • the sensor unit is coupled to a timer.
  • the time in particular the point in time at which a signal of a bimetallic signal transmitter is generated, can be recorded by means of time recording.
  • the signal of the bimetallic signal transmitter detected by the sensor unit can be stored coupled with the time at which the signal was detected.
  • the detected signal is stored together with the time the signal was detected in a memory of the terminal and/or in a memory connected to the terminal.
  • the early forest fire detection system according to the invention usually has a plurality of terminals which have one or more bimetallic signal transmitters. Based on the knowledge of the times of generation of the signals of the bimetallic signal generators of the terminals, it is possible not only to determine the position of a forest fire, but also its propagation speed. In addition, the direction of propagation of the forest fire can be determined if the number and location of the end devices detecting the forest fire and the time of the respective detection are known.
  • the early forest fire detection system has a mesh gateway network with a first gateway and a second gateway, the first gateway communicating directly exclusively with other gateways and end devices of the mesh gateway network and the second gateway communicating with the network -Server communicates.
  • the terminals and/or the first gateways have an autonomous energy supply.
  • the end devices and the first gateways are equipped with a self-sufficient power supply.
  • the energy can be supplied, for example, by energy storage devices - also rechargeable.
  • the energy supply by means of solar cells, in which an energy conversion of light-electrical energy takes place, should be mentioned in particular.
  • the electrical energy is usually stored in an energy storage device to ensure the energy supply even when there is little solar radiation (e.g. at night).
  • the terminals and/or the first gateways can be operated off-grid. Due to the self-sufficient energy supply of end devices and first gateways, these devices can be operated autonomously without a supply network. Terminals and first gateways can therefore be distributed and networked in particular in areas that are impassable and cannot be reached with conventional radio networks.
  • the method according to the invention for detecting forest fires has three method steps:
  • a first bimetallic signal generator of a forest fire early detection system absorbs a quantity of heat energy.
  • a forest fire produces a large number of gases, in particular carbon dioxide and carbon monoxide.
  • the type and concentration of these gases are characteristic of a forest fire and can be detected and analyzed using suitable sensors.
  • the temperature of the gases is recorded.
  • their temperature is an indicator of a forest fire.
  • the occurrence and/or presence of a forest fire is inferred by means of the amount of heat energy absorbed by the first bimetallic signal transmitter.
  • the amount of thermal energy is converted into a deformation of the bimetal lamella of the first bimetal signal transmitter.
  • a first signal is generated by the deformation of the bimetal lamella of the first bimetal signal transmitter by short-circuiting a circuit due to the deformation of the bimetal lamella and/or generating an electrical voltage in a piezoelectric element.
  • a second bimetallic signal transmitter of the early forest fire detection system absorbs a quantity of thermal energy.
  • the quantity of thermal energy is converted into a deformation of the bimetal blade of the second bimetal switch and a second signal is generated by the deformation of the bimetal blade of the second bimetal switch.
  • the first bimetallic signal transmitter is different from the second bimetallic signal transmitter.
  • Both bimetal signal transmitters each have a bimetal lamella.
  • the two bimetallic plates differ in particular with regard to their coefficients of thermal expansion. Consequently, the deformation of both bimetallic plates is different at a given temperature, which results in the generation of a signal at different temperatures.
  • the first bimetallic signal transmitter generates a signal at a signal temperature that differs from the signal temperature of the second bimetallic signal transmitter.
  • the two bimetal lamellae differ in particular with regard to their thermal expansion coefficients or also the respective thickness of the individual metal layers. Consequently, the deformation of both bimetallic plates is different at a given temperature, which results in the generation of a signal at different temperatures.
  • the signal generated by the first bimetallic signal transmitter triggers a message from the terminal device containing the first bimetallic signal transmitter to a network server.
  • the message contains the signal temperature of the generation of the signal.
  • the message is sent wirelessly and/or by wire using a communication unit of the end device to a network server, which is connected to other network end devices, e.g. tablets, smartphones, PCs, using the standard Internet protocol.
  • the time between two signals detected by two different bimetallic signal generators is detected.
  • a rapid increase in temperature at temperatures that are not yet critical can also be an indication of a be fire as a heat source.
  • the increase in temperature gives firefighters an indication of the direction and speed of spread of the forest fire.
  • Class A includes communication based on the ALOHA access method. With this method, the device sends its generated data packets to the gateway, followed by two download-receive windows that can be used to receive data. A new data transfer can only be initiated by the end device with a new upload.
  • Class B terminals on the other hand, open download-receive windows at specified times. To do this, the end device receives a time-controlled beacon signal from the gateway. A network server thus knows when the end device is ready to receive data.
  • Class C end devices have a permanently open download-receive window and are therefore permanently active, but also have an increased power consumption.
  • the method is carried out using an early forest fire detection system, the
  • Forest fire early detection system includes a gateway network with a network server and multiple terminals, and wherein the sensor unit is part of a terminal and the signals and / or the evaluated signals are transmitted via the gateway to the network server.
  • the forest fire early detection system has a mesh gateway network with a first gateway and a second gateway, the evaluated signals via the first gateway and the second gateway to the network servers are transferred.
  • the first gateway only communicates directly with other gateways and end devices of the mesh gateway network, the second gateway communicates with the network server.
  • the communication between end devices and a first gateway is direct, i.e. without further intermediate stations (single-hop connection). Communication between the gateways can take place via a direct single-hop connection, but a multi-hop connection is also possible. At the same time, this extends the range of the mesh gateway network, because the first gateway is connected to the second gateway via a meshed multi-hop network and can therefore forward the data from the end devices to the Internet network server.
  • the connection between the second gateway and the network server is wireless or wired.
  • the mesh gateway network communicates via an LPWAN and preferably a LoRaWAN protocol.
  • LoRa manages with particularly low energy consumption and is based on a chirp frequency spread modulation according to US patent US 7791415 B2. Licenses for use are issued by the company Semtech. LoRa uses license and permit-free radio frequencies in the range below 1 GHz, such as 433MHz and 868MHz in Europe or 915MHz in Australia and North America, enabling a range of more than 10 kilometers in rural areas with very low energy consumption.
  • the LoRa technology consists on the one hand of the physical LoRa protocol and on the other hand of the LoRaWAN protocol, which is defined and managed as the upper network layer by the industrial consortium "LoRa Alliance".
  • LoRaWAN networks implement a star-shaped architecture using gateway message packets between the end devices and the central network server.
  • the gateways also called concentrators or base stations
  • the wireless connection is therefore a single-hop network in which the end devices communicate directly with one or more gateways that Then forward traffic to the Internet.
  • data traffic from the network server to an end device is only routed via a single gateway. Data communication basically works in both directions, but data traffic from the end device to the network server is the typical application and the predominant operating mode.
  • 5a shows a sectional view of an array of four bimetallic signal transmitters according to the invention
  • the bimetallic signal transmitter A is mounted at one end in the bearing 13 in such a way that the end opposite the mounted end is freely movable in a direction perpendicular to the interfaces between the metallic layers M1, M2 (FIG. 1a).
  • the piezoelectric element 11 is arranged in the vicinity of the movable end of the bimetal lamella 21 in such a way that the piezoelectric element 11 is deformed when the bimetal lamella 21 is deflected (FIG. 1b). This deformation is converted into an electrical voltage in the first electrical circuit 14 by the piezo element 11 .
  • the first bimetallic signal transmitter A absorbs thermal energy.
  • the heat energy is converted into a deformation of the first bimetal auto switch A.
  • the deformation is converted into an electrical voltage by the piezo element 11 .
  • electrical energy is generated in the first piezoelectric element 11.
  • the generated electrical voltage of the first circuit 14 is converted into a first signal.
  • the time, in particular the point in time, of the generation of the first signal is recorded.
  • the sensor unit 10 has a timer which is connected to the bimetallic signal transmitter A.
  • the first signal together with the time of its generation are stored in the terminal device in which the bimetallic signal generator A is arranged and transmitted to a network server by means of a mesh gateway network.
  • the bimetallic signal transmitter A has a first contact element 11 .
  • the first contact element 11 is electrically conductive and arranged in such a way that when the bimetal lamella 21 is deflected and comes into contact with the first contact element 11, the first electrical circuit 14 is closed (FIG. 2b), which also generates a first signal.
  • Two piezoelectric elements 11, 12 are arranged in the vicinity of the movable ends of the bimetallic lamellae A, B such that when the first bimetallic lamina 21 is deflected and a force is exerted, the first piezoelectric element 11 is deformed second bimetal lamella 22, the second piezoelectric element 12 is deformed.
  • the sensor unit 10 has the bimetallic signal generator A with two metallic layers M1, M2.
  • the first metallic layer M1 is coated with a piezo element 11 . There is therefore a permanent coupling between the bimetal lamella 21 and the piezo element 11 .
  • the piezo element 11 is connected to the first circuit 14 .
  • the bimetallic lamina 21 is mounted at both ends in such a way that the bimetallic lamina 21 can be moved between its ends in a direction perpendicular to the interfaces of the metallic layers M1, M2. Due to the different coefficients of expansion of the two metal layers M1, M2, the bimetal lamella 21 deforms both when heated and when cooled. In contrast to the previous exemplary embodiments (see FIGS. 1 - 3), this deformation does not take place continuously, but suddenly at a switching temperature of the bimetallic signal generator A.
  • FIG. 5 An embodiment of an array 100 of four bimetallic signal transmitters A, B, C, D of the above exemplary embodiment (see Fig. 4) is shown in Fig. 5.
  • Each bimetallic signal transmitter A, B, C, D has a bimetallic lamella 21 each with two metallic layers M1, M2 (Fig. 5a).
  • Each first metallic layer M1 of a bimetal lamella 21 is coated with a piezo element 11 in each case.
  • both metal layers M1, M2 of a bimetal lamella 21 are each coated with a piezo element 11, 12. This increases the signal strength of a signal generated by the bimetallic signal generator A, B, C, D.
  • All of the bimetal laminations 21 are mounted at their respective two ends in such a way that the bimetal laminations 21 are movable between their ends in a direction perpendicular to the interfaces of the metallic layers M1, M2.
  • the four bimetallic signal transmitters A, B, C, D each have different switching temperatures (FIG. 5b).
  • the bimetallic signal transmitter A has the switching temperature TAS
  • the bimetallic signal transmitter B has the switching temperature TBS
  • the bimetallic signal transmitter C has the switching temperature TOS
  • the bimetallic signal transmitter D has the switching temperature TDS.
  • the first bimetallic signal transmitter A has the lowest switching temperature of all four bimetallic signal transmitters A, B, C, D
  • the fourth bimetallic signal transmitter D has the highest switching temperature.
  • the temperature interval between the lowest switching temperature TAS and the highest switching temperature TDS defines the overall temperature interval in which the array 100 can be used.
  • the array 100 is advantageously arranged in a terminal that is part of an early forest fire detection system 1 .
  • a terminal device In order to be able to install and operate the terminal device in inhospitable and especially rural areas far from the power supply and operate it off-grid, a terminal device is equipped with a self-sufficient energy supply.
  • the first bimetallic signal transmitter A with the lowest switching temperature TAS usually generates a first signal at time t1, which generates a message on the terminal device that is sent to a network server via a mesh gateway network.
  • the notification also contains the time t1 of the generation of the first signal.
  • the second bimetallic signal transmitter B with the next higher switching temperature TBS generates a second signal at a later point in time t2.
  • a corresponding message is sent to the network server at time t2 when the second signal was generated.
  • the ambient temperature has reached the switching temperature TCS of the third bimetallic signal transmitter C, and the terminal sends a third message to the network server at point in time t3 when the signal was generated.
  • a fourth message is sent from the terminal to the network server.
  • the early forest fire detection system 1 usually has a large number of terminals.
  • the position of each individual terminal must be known as precisely as possible.
  • the position can be determined, for example, when the end device is installed.
  • the terminal can be arranged, for example, on a tree in the forest to be monitored and the position of the terminal can be determined once using a navigation satellite system, e.g. GPS (Global Positioning System).
  • GPS Global Positioning System
  • a standard GPS system or a smartphone can be used for this, for example.
  • the procedure for detecting a forest fire is not limited to the course described here.
  • several or all of the bimetallic signal transmitters A, B, C, D arranged in the array 100 can generate a signal at a time.
  • a correspondingly generated message is then sent to the network server via the mesh gateway network together with the time when the signal was generated.
  • a plurality of terminals each generate a different number of signals at different points in time tn, which are collected and stored on the network server. Based on the knowledge of the times tn at which the signals of the terminal devices were generated, it is not only possible to determine the position of a forest fire, but also its propagation speed.
  • the ambient temperature has reached the switching temperature of the bimetallic signal generators C, C1, C2, C3, C4, C5, each of which generates a third signal.
  • the terminal sends a third message with the time t3 of the generation of the signals to the network server.
  • a fourth message is sent from the terminal to the network server.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Fire-Detection Mechanisms (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Waldbrandfrüherkennungssystem mit einem Endgerät, wobei das Endgerät eine Sensoreinheit aufweist, wobei die Sensoreinheit einen ersten und einen zweiten Bimetall-Signalgeber aufweist, wobei die zwei Bimetall-Signalgeber unterschiedlich zueinander ausgeführt sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Detektion von Waldbränden mit den Verfahrensschritten Aufnahme von Wärmeenergiemenge eines ersten Bimetall-Signalgebers eines Waldbrandfrüherkennungssystems, Umwandlung der Wärmeenergiemenge in eine Deformation des Bimetalls des ersten Bimetall-Signalgebers, Erzeugen eines ersten Signals durch die Deformation des Bimetalls des ersten Bimetall-Signalgebers.

Description

WALDBRANDFRÜHERKENNUNGSSYSTEM MIT PIEZO/BI- METALL-SENSOR UND VERFAHREN ZUM BETRIEB EINES WALDBRANDFRÜHERKENNUNGSSYSTEMS
Die Erfindung betrifft ein Waldbrandfrüherkennungssystem mit einem Endgerät, wobei das Endgerät eine Sensoreinheit aufweist, wobei die Sensoreinheit einen ersten und einen zweiten Bimetall-Signalgeber aufweist, wobei die zwei Bimetall-Signalgeber unterschiedlich zueinander ausgeführt sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Detektion von Waldbränden mit den Verfahrensschritten Aufnahme von Wärmeenergiemenge eines ersten Bimetall-Signalgebers eines Waldbrandfrüherkennungssystems, Umwandlung der Wärmeenergiemenge in eine Deformation des Bimetalls des ersten Bimetall-Signalgebers, Erzeugen eines ersten Signals durch die Deformation des Bimetalls des ersten Bimetall- Signalgebers.
Stand der Technik
Systeme zur Früherkennung von Waldbränden sind bekannt. Dazu wird das zu überwachende Areal mittels Sensoren überwacht. Diese Sensoren sind z.B. drehbare Kameras, die jedoch den Nachteil aufweisen, dass sie in der Nacht weniger effektiv sind. Eine Überwachung mittels in einem Satelliten verbauter IR-Kamera aus einem hohen Orbit weist den Nachteil auf, dass der Satellit nicht geostationär ist, für einen Umlauf also eine gewisse Zeit benötigt, in der das Areal nicht überwacht wird. Ein Satellit ist außerdem teuer in Anschaffung, Unterhalt und insbesondere beim Start des Satelliten. Eine Überwachung durch Minisatelliten in einem niedrigen Orbit benötigt üblicherweise eine Mehrzahl von Satelliten, deren Start ebenfalls kostenintensiv ist. Eine Überwachung durch Satelliten ist außerdem während ihres Starts mit einem hohen Kohlendioxid-Ausstoß verbunden.
Weiterhin sind Bi metal I-Piezo-Schalter bekannt. Die Bimetalle dieser Schalter deformieren sich bei Temperaturänderungen und lösen so durch die Deformation eines mit dem Bimetall gekoppelten Piezokristalls einen elektrischen Impuls aus. Sinnvoller ist eine Überwachung des Areals mittels einer Mehrzahl preiswerter, in Serie herstellbarer Sensoren. Die Sensoren werden im Areal verteilt angeordnet und liefern über Funkverbindung Daten an eine Basisstation.
Ein derartiges System zur Früherkennung von Waldbränden wird in der Schrift US 2008/0309502 A1 vorgestellt. Dabei wird liefert ein Sensor bei Feueralarm Informationen an ein nahegelegenes Control-Terminal, das dann einen Alarm mittels eines Langreichweiten-Funkfrequenz-Signal auslöst. Dieses System weist den Nachteil auf, dass das Control-Terminal den Alarm auslöst und dazu über eine leistungsfähige RF-Einheit verfügen muss. Die Sensoren benötigen eine GPS-Einheit, die ständig ein Signal an das Control-Terminal sendet, der Stromverbrauch der Sensoren ist daher hoch, die Lebensdauer der Energiequellen (Batterien) der Sensoren begrenzt.
Geräte und Sensoren, die z.B. zur Überwachung von Anlagen und Arealen eingesetzt werden, benötigen häufig nur wenige Mengen Energie, sei es, weil sie nicht permanent in Betrieb sind oder die Sensorik selbst sehr energiesparend ausgeführt ist. Zu ihrer Energieversorgung werden z.B. Batterien - auch wiederaufladbar - eingesetzt. Es kann aber dennoch sinnvoll sein, auf Batterien zu verzichten, weil Prüfung und Austausch zu aufwändig sind, wenn die Verbraucher unzugänglich montiert oder schwer erreichbar sind. Insbesondere sollte die Sensorik sowohl ausreichend sensitiv und robust als auch so energiesparend wie möglich ausgeführt sein. Infolge der Selbstentzündungsgefahr sind Li- lonen-Batterien auch nicht für diesen Einsatzzweck geeignet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Waldbrandfrüherkennungssystem bereitzustellen, das energiesparend und zuverlässig arbeitet, beliebig erweiterbar ist sowie kostengünstig in Installation und Unterhalt ist.
Es ist ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Waldbrandfrüherkennung bereitzustellen, mit dem ein Waldbrandfrüherkennungssystem energiesparend und zuverlässig betreibbar ist. Die Aufgabe wird mittels des Waldbrandfrüherkennungssystems gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 - 13 dargelegt.
Das erfindungsgemäße Waldbrandfrüherkennungssystem weist ein Endgerät auf, das eine Sensoreinheit aufweist. Erfindungsgemäß weist die Sensoreinheit einen ersten Bimetall- Signalgeber auf. Der Bimetall-Signalgeber weist eine Bimetall-Lamelle mit zwei übereinander liegenden Schichten unterschiedlicher Metalle auf. Die beiden Schichten sind miteinander stoffschlüssig oder durch formschlüssiges Material verbunden. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Metalle dehnt sich eine der Schichten stärker aus als die andere, wodurch sich die Bimetall-Lamelle bei Temperaturänderungen deformiert. Diese Deformation wird mittels des Bimetall- Signalgebers in ein Signal umgewandelt.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist jeweils ein Teil der Bimetall-Lamellen frei beweglich angeordnet, ein jeweils anderer Teil der Bimetall-Lamellen ist gelagert. Aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der beiden eine Bimetall-Lamelle bildenden Metalle deformieren sich die Bimetall-Lamellen sowohl bei Erwärmung als auch bei Abkühlung. Bei Erwärmung geht die Deformation z.B. von einer im Wesentlichen flachen Form in eine Form mit einer Krümmung über.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist die Sensoreinheit einen zweiten Bimetall-Signalgeber auf. Der erste Bimetall-Signalgeber ist dabei unterschiedlich zum zweiten Bimetall-Signalgeber ausgeführt. Beide Bimetall-Signalgeber weisen jeweils eine Bimetall-Lamelle auf. Die beiden Bimetall-Lamellen unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten. Demzufolge ist die Deformation beider Bimetall-Lamellen bei gegebener Temperatur unterschiedlich, was in einer Generierung eines Signals bei unterschiedlichen Temperaturen resultiert. In einer Weiterbildung der Erfindung ist der erste und/oder der zweite Bimetall-Signalgeber mit einem Piezoelement gekoppelt. Durch die Deformation der Bimetall-Lamellen der Bimetall-Signalgeber wird in dem Piezoelement eine elektrische Spannung erzeugt, die erfasst wird und so ein Signal in dem ersten und/oder zweiten Bimetall-Signalgeber generiert.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Schalttemperatur der ersten Bimetall- Lamelle verschieden von der Schalttemperatur der zweiten Bimetall-Lamelle. Als Schalttemperatur wird im Rahmen dieser Schrift die Temperatur bezeichnet, bei der die Bimetall-Lamelle derart deformiert ist, dass sie ein Signal erzeugt, z.B. indem aufgrund der Deformation ein Stromkreis kurzgeschlossen wird und/oder in einem Piezoelement eine elektrische Spannung erzeugt wird. Die beiden Bimetall-Lamellen unterscheiden sich insbesondere durch ihre Wärmeausdehnungskoeffizienten. Demzufolge ist die Deformation beider Bimetall-Lamellen bei gegebener Temperatur unterschiedlich bzw. die beiden Bimetall-Lamellen weisen eine gleiche Deformation bei unterschiedlichen Temperaturen auf. Daraus resultiert eine Abgabe eines Signals der beiden unterschiedlichen Bimetall- Signalgeber bei unterschiedlichen Schalttemperaturen.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weist die Sensoreinheit ein Array von Bimetall- Signalgebern auf. Das Array weist eine Mehrzahl von Bimetall-Signalgebern auf. Bei gleichartiger Ausführung der Bimetall-Signalgeber wird gegenüber der Verwendung von einem Bimetall-Signalgeber die Signalstärke des erzeugten Signals erhöht, das Endgerät benötigt daher eine weniger leistungsfähige und daher energiesparendere Leistungs- und Kommunikationseinheit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Array eine Vielzahl von unterschiedlichen Bimetall-Signalgebern auf. Die Bimetall-Signalgeber weisen jeweils eine Bimetall-Lamelle auf. Die Bimetall-Lamellen unterscheiden sich untereinander insbesondere hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten. Demzufolge ist die Deformation der unterschiedlich ausgeführten Bimetall-Lamellen bei gegebener Temperatur unterschiedlich, was in einer Generierung eines Signals bei unterschiedlichen Temperaturen resultiert. Mittels eines Arrays aufweisend eine Mehrzahl von unterschiedlichen Bimetall-Signalgebern können die Temperaturintervalle zwischen den einzelnen Signaltemperaturen genau definiert werden.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weisen die Vielzahl von unterschiedlichen Bimetall-Signalgeber der Sensoreinheit unterschiedliche Signaltemperaturen auf, wobei bei Erreichen der Signaltemperatur der jeweilige Bimetall-Signalgeber ein Signal erzeugt. Die Bimetall-Signalgeber weisen jeweils eine Bimetall-Lamelle auf. Die jeweiligen Bimetall- Lamellen unterscheiden sich untereinander insbesondere hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten. Demzufolge ist die Deformation der unterschiedlich ausgeführten Bimetall-Lamellen bei gegebener Temperatur jeweils unterschiedlich, was in einer Generierung eines Signals bei unterschiedlichen Signaltemperaturen resultiert. Abhängig von der Signaltemperatur des jeweiligen Bimetall-Signalgebers werden daher von jeder Sensoreinheit eine Mehrzahl an Signalen generiert.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Sensoreinheit mit einer Zeiterfassung gekoppelt. Mittels der Zeiterfassung ist die Zeit, insbesondere der Zeitpunkt der Erzeugung eines Signals eines Bimetall-Signalgebers erfassbar.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das von der Sensoreinheit erfasste Signal des Bimetall-Signalgebers mit der jeweiligen Zeit der Erfassung des Signals gekoppelt speicherbar. Das erfasste Signal wird zusammen mit dem Zeitpunkt der Erfassung des Signals in einem Speicher des Endgerätes und/oder in einem mit dem Endgerät verbundenen Speicher gespeichert. Das erfindungsgemäße Waldbrandfrüherkennungssystem weist üblicherweise eine Mehrzahl von Endgeräten auf, die einen oder mehrere Bimetall-Signalgeber aufweisen. Es ist aufgrund der Kenntnis der Zeitpunkte der Erzeugung der Signale der Bimetall-Signalgeber der Endgeräte nicht nur möglich, die Position eines Waldbrandes zu bestimmen, sondern auch dessen Ausbreitungsgeschwindigkeit. Zusätzlich ist die Ausbreitungsrichtung des Waldbrandes bestimmbar, wenn Anzahl und Ort der den Waldbrand detektierenden Endgeräte sowie die Zeitpunkte der jeweiligen Detektion bekannt sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Waldbrandfrüherkennungssystem ein Mesh-Gateway-Netzwerk mit einem ersten Gateway und einem zweiten Gateway aufweist, wobei das erste Gateway ausschließlich mit anderen Gateways und Endgeräten des Mesh-Gateway-Netzwerks direkt kommuniziert und das zweite Gateway mit dem Netzwerk-Server kommuniziert.
Insbesondere die Kommunikation zwischen Endgeräten und einem ersten Gateway ist eine direkte, d.h. ohne weitere Zwischenstationen (Single-Hop-Verbindung). Die Kommunikation zwischen den Gateways kann durch eine direkte Single-Hop-Verbindung erfolgen, möglich ist auch eine Multi-Hop-Verbindung. Dadurch wird gleichzeitig die Reichweite des Mesh- Gateway-Netzwerks erweitert, weil das erste Gateway über ein vermaschtes Multi-Hop- Netzwerk in Verbindung zu dem zweiten Gateway steht und somit die Daten der Endgeräte an den Internet-Netzwerkserver weiterleiten kann. Die Verbindung zweites Gateway- Netzwerkserver erfolgt drahtlos oder drahtgebunden. Außerdem weist das Netzwerk mehrere Endgeräte auf. Bei einem derartigen Netzwerk sind ein oder mehreren Endgeräten direkt (Single Hub) über Funk mittels LoRa-Modulation oder FSK-Modulation an Gateways angebunden und kommunizieren über die Gateways mit dem Internetnetzwerkserver mittels eines Standard-Internetprotokolls.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Mesh-Gateway-Netzwerk ein LPWAN und bevorzugt ein LoRaWAN. LPWAN beschreibt eine Klasse von Netzwerkprotokollen zur Verbindung von Niedrigenergiegeräten wie batteriebetriebene Sensoren mit einem Netzwerkserver. Das Protokoll ist so ausgelegt, dass eine große Reichweite und ein niedriger Energieverbrauch der Endgeräte bei niedrigen Betriebskosten erreicht werden können. LoRaWAN kommt mit besonders geringer Energie aus. Die LoRaWAN-Netzwerke setzen eine sternförmige Architektur mittels Gateways-Nachrichtenpakete zwischen den Endgeräten und dem zentralen Netzwerkserver um. Die Gateways sind an den Netzwerkserver angebunden, während die Endgeräte per Funk über LoRa mit dem jeweiligen Gateway kommunizieren.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weisen die Endgeräte und/oder die ersten Gateways eine autarke Energieversorgung auf. Um die Endgeräte sowie die mit ihnen verbundenen ersten Gateways auch in unwirtlichen und insbesondere ruralen Gegenden fernab von Energieversorgung installieren und betreiben zu können, sind der Endgeräte und die ersten Gateways mit einer autarken Energieversorgung ausgestattet. Die Energieversorgung kann z.B. durch Energiespeicher - auch wiederaufladbar - erfolgen. Insbesondere ist die Energieversorgung mittels Solarzellen zu nennen, bei denen eine Energiekonversion Licht-elektrischer Energie erfolgt. Die elektrische Energie wird üblicherweise in einem Energiespeicher gespeichert, um die Energieversorgung auch in Zeiten geringer Sonneneinstrahlung (z.B. in der Nacht) sicherzustellen.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endgeräte und/oder die ersten Gateways off- grid betreibbar. Aufgrund der autarken Energieversorgung von Endgeräten und ersten Gateways sind diese Geräte ohne ein Versorgungsnetz autonom betreibbar. Daher können Endgeräte und erste Gateways insbesondere in unwegsame und mit üblichen Funknetzen nicht erreichbare Gegenden hinein verteilt und vernetzt werden.
Die Aufgabe wird weiterhin mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion von Waldbränden gemäß Anspruch 14 gelöst. In den nachfolgenden Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungen der Erfindung dargelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion von Waldbränden weist drei Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt nimmt ein erster Bimetall-Signalgeber eines Waldbrandfrüherkennungssystems eine Wärmeenergiemenge auf. Ein Waldbrand erzeugt neben starker Rauchbildung eine Vielzahl von Gasen, insbesondere Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Art und Konzentration dieser Gase sind bei einem Waldbrand charakteristisch und lassen sich mittels geeigneter Sensoren detektieren und analysieren. Erfindungsgemäß wird die Temperatur der Gase erfasst. Neben Art und Konzentration der bei einem Waldbrand entstehenden Gase ist deren Temperatur ein Indikator für einen Waldbrand. Insbesondere wird mittels der vom ersten Bimetall-Signalgeber aufgenommenen Wärmeenergiemenge auf das Entstehen und/oder Vorhandensein eines Waldbrandes geschlossen. Im zweiten Verfahrensschritt wird die Wärmeenergiemenge in eine Deformation der Bimetall-Lamelle des ersten Bimetall-Signalgebers umgewandelt. Im dritten Verfahrensschritt wird ein erstes Signal durch die Deformation der Bimetall-Lamelle des ersten Bimetall-Signalgebers erzeugt, indem aufgrund der Deformation der Bimetall- Lamelle ein Stromkreis kurzgeschlossen wird und/oder in einem Piezoelement eine elektrische Spannung erzeugt wird.
Der Bimetall-Signalgeber weist eine Bimetall-Lamelle mit zwei übereinander liegenden Schichten unterschiedlicher Metalle auf. Die beiden Schichten sind miteinander stoffschlüssig oder durch formschlüssiges Material verbunden. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Metalle dehnt sich eine der Schichten stärker aus als die andere, wodurch sich die Bimetall-Lamelle bei Temperaturänderungen deformiert.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung nimmt ein zweiter Bimetall-Signalgeber des Waldbrandfrüherkennungssystems eine Wärmeenergiemenge auf. Die Wärmeenergiemenge wird in eine Deformation der Bimetall-Lamelle des zweiten Bimetall- Signalgebers umgewandelt und ein zweites Signal durch das durch die Deformation der Bimetall-Lamelle des zweiten Bimetall-Signalgebers erzeugt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der erste Bimetall-Signalgeber verschieden vom zweiten Bimetall-Signalgeber. Beide Bimetall-Signalgeber weisen jeweils eine Bimetall- Lamelle auf. Die beiden Bimetall-Lamellen unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten. Demzufolge ist die Deformation beider Bimetall- Lamellen bei gegebener Temperatur unterschiedlich, was in einer Generierung eines Signals bei unterschiedlichen Temperaturen resultiert. In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erzeugt der erste Bimetall-Signalgeber bei einer von der Signaltemperatur des zweiten Bimetall-Signalgebers verschiedenen Signaltemperatur ein Signal. Die beiden Bimetall-Lamellen unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten oder auch der jeweiligen Dicke der einzelnen Metall-Schichten. Demzufolge ist die Deformation beider Bimetall- Lamellen bei gegebener Temperatur unterschiedlich, was in einer Generierung eines Signals bei unterschiedlichen Temperaturen resultiert.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird durch das von dem ersten Bimetall- Signalgeber erzeugte Signal eine Mitteilung von dem den ersten Bimetall-Signalgeber enthaltenen Endgerät an einen Netzwerkserver ausgelöst. Die Mitteilung enthält insbesondere die Signaltemperatur der Erzeugung des Signals. Die Mitteilung wird mittels einer Kommunikationseinheit des Endgeräts drahtlos und/oder drahtgebunden an einen Netzwerkserver versandt, der mittels Standard-Internet-Protokoll mit weiteren Netzwerk- Endgeräten, z.B. Tablets, Smartphones, PCs, verbunden ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Zeitpunkt der Erzeugung eines von einem der Bimetall-Signalgeber erzeugten Signals erfasst. Es ist aufgrund der Kenntnis des Zeitpunktes der Erzeugung des Signals des Bimetall-Signalgebers nicht nur möglich, die Position eines Waldbrandes zu bestimmen, sondern auch dessen Ausbreitungsgeschwindigkeit. Zusätzlich ist die Ausbreitungsrichtung des Waldbrandes bestimmbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Zeit zwischen zwei von zwei unterschiedlichen Bimetall-Signalgebern erfassten Signalen erfasst. Je kürzer die Zeit zwischen zwei von zwei unterschiedlichen Bimetall-Signalgebern erfassten Signalen ist, desto höher ist der Temperaturanstieg in der Umgebung des Bimetall-Signalgebers. Ein schneller Temperaturanstieg bei noch unkritischen Temperaturen kann auch ein Hinweis auf ein Feuer als Wärmequelle sein. Der Temperaturanstieg gibt den Brand bekämpfenden Kräften Hinweise auf Ausbreitungsrichtung und -geschwindigkeit des Waldbrandes.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird durch die erfasste Zeit eine Mitteilung von dem den Bimetall-Signalgeber enthaltenen Endgerät an einen Netzwerkserver ausgelöst.
Bei Verwendung eines LoRaWAN-Protokolls zur Übermittlung der Mitteilung des Endgerätes an einen Netzwerkserver werden unterschiedliche Varianten von Endgeräten implementiert: Klasse A umfasst eine Kommunikation nach dem ALOHA-Zugriffsverfahren. Bei diesem Verfahren sendet das Gerät seine erzeugten Datenpakete an das Gateway, gefolgt von zwei Download-Receive-Fenstern, die für einen Datenempfang genutzt werden können. Ein erneuter Datentransfer kann nur durch das Endgerät bei einem erneuten Upload initiiert werden. Klasse B Endgeräte öffnen hingegen zu festgelegten Zeiten Download-Receive-Fenster. Dazu empfängt das Endgerät ein zeitgesteuertes Beacon- Signal vom Gateway. Damit weiß ein Netzwerk-Server, wann das Endgerät zum Empfang von Daten bereit ist. Endgeräte der Klasse C besitzen ein permanent geöffnetes Download- Receive-Fenster und sind damit permanent aktiv, weisen aber auch einen erhöhten Stromverbrauch auf.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird das Verfahren mittels eines Waldbrandfrüherkennungssystems durchgeführt, wobei das
Waldbrandfrüherkennungssystem ein Gateway-Netzwerk mit einem Netzwerk-Server und mehreren Endgeräten umfasst, und wobei die Sensoreinheit Teil eines Endgerätes ist und die Signale und/oder die ausgewerteten Signale über das Gateway zu dem Netzwerkserver übertragen werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Waldbrandfrüherkennungssystems ein Mesh-Gateway-Netzwerk mit einem ersten Gateway und einem zweiten Gateway auf, wobei die ausgewerteten Signale über das erste Gateway und das zweite Gateway zu dem Netzwerkserver übertragen werden. Das erste Gateway kommuniziert ausschließlich mit anderen Gateways und Endgeräten des Mesh-Gateway-Netzwerks direkt, das zweite Gateway kommuniziert mit dem Netzwerk-Server.
Insbesondere die Kommunikation zwischen Endgeräten und einem ersten Gateway ist eine direkte, d.h. ohne weitere Zwischenstationen (Single-Hop-Verbindung). Die Kommunikation zwischen den Gateways kann durch eine direkte Single-Hop-Verbindung erfolgen, möglich ist auch eine Multi-Hop-Verbindung. Dadurch wird gleichzeitig die Reichweite des Mesh- Gateway-Netzwerks erweitert, weil das erste Gateway über ein vermaschtes Multi-Hop- Netzwerk in Verbindung zu dem zweiten Gateway steht und somit die Daten der Endgeräte an den Internet-Netzwerkserver weiterleiten kann. Die Verbindung zweites Gateway- Netzwerkserver erfolgt drahtlos oder drahtgebunden.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt die Kommunikation des Mesh-Gateway- Netzwerkes über ein LPWAN- und bevorzugt ein LoRaWAN-Protokoll. LoRa kommt mit besonders geringem Energieverbrauch aus und basiert auf einer Zirpenfrequenzspreizungsmodulation entsprechend dem US-Patent US 7791415 B2. Lizenzen zur Nutzung werden durch die Firma Semtech vergeben. LoRa verwendet lizenz- und genehmigungsfreie Funkfrequenzen im Bereich unter 1 GHz, wie zum Beispiel 433MHz und 868MHz in Europa oder 915MHz in Australien und Nordamerika und ermöglicht damit eine Reichweite von mehr als 10 Kilometer in ländlichen Gebieten bei sehr geringem Energieverbrauch. Die LoRa-Technik besteht einerseits aus dem physikalischen LoRa- Protokoll und andererseits aus dem LoRaWAN-Protokoll, das als obere Netzwerkschicht von dem Industriekonsortium „LoRa Alliance“ definiert und verwaltet wird. LoRaWAN- Netzwerke setzen eine sternförmige Architektur mittels Gateways-Nachrichtenpakete zwischen den Endgeräten und dem zentralen Netzwerkserver um. Die Gateways (auch Konzentratoren oder Basisstationen genannt) sind an den Netzwerk-Server über das Standard-Internet-Protokoll angebunden, während die Endgeräte per Funk über LoRa (Zirpenfrequenzspreizungsmodulation) oder FSK (Frequenzmodulation) mit dem jeweiligen Gateway kommunizieren. Die Funkanbindung ist somit ein Single-Hop-Netzwerk, bei dem die Endgeräte direkt mit einem oder mehreren Gateways kommunizieren, die den Datenverkehr dann an das Internet weiterleiten. Umgekehrt wird der Datenverkehr vom Netzwerkserver zu einem Endgerät nur über ein einzelnes Gateway geführt. Die Datenkommunikation funktioniert grundsätzlich in beide Richtungen, allerdings ist der Datenverkehr vom Endgerät zum Netzwerkserver die typische Anwendung und die vorherrschende Betriebsart.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden das Endgerät und/oder die ersten Gateways über eine autarke Energieversorgung mit Energie gespeist. Um die Endgeräte sowie die mit ihnen verbundenen ersten Gateways auch in unwirtlichen und insbesondere ruralen Gegenden fernab von Energieversorgung installieren und betreiben zu können, sind der Endgeräte und die ersten Gateways mit einer autarken Energieversorgung ausgestattet. Die Energieversorgung kann z.B. durch Energiespeicher - auch wiederaufladbar- erfolgen. Insbesondere ist die Energieversorgung mittels Solarzellen zu nennen, bei denen eine Energiekonversion Licht-elektrischer Energie erfolgt. Die elektrische Energie wird üblicherweise in einem Energiespeicher gespeichert, um die Energieversorgung auch in Zeiten geringer Sonneneinstrahlung (z.B. in der Nacht) sicherzustellen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Endgeräte und die ersten Gateways off-grid betrieben. Aufgrund der autarken Energieversorgung von Endgeräten und ersten Gateways sind diese Geräte ohne ein Versorgungsnetz autonom betreibbar. Daher können Endgeräte und erste Gateways insbesondere in unwegsame und mit üblichen Funknetzen nicht erreichbare Gegenden hinein verteilt und vernetzt werden.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungssystems und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von Waldbränden sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 a Erfindungsgemäße Sensoreinheit mit einem Bimetall-Signalgeber und einem Piezoelement, nicht aktuiert
Fig. 1 b Erfindungsgemäße Sensoreinheit mit einem Bimetall-Signalgeber und einem Piezoelement, aktuiert
Fig. 2 a Erfindungsgemäße Sensoreinheit mit einem Bimetall-Signalgeber und einem Kontaktelement, nicht aktuiert
Fig. 2 b Erfindungsgemäße Sensoreinheit mit einem Bimetall-Signalgeber und einem Kontaktelement, aktuiert
Fig. 3 a Erfindungsgemäße Sensoreinheit mit zwei Bimetall-Signalgebern und zwei Piezoelementen, nicht aktuiert
Fig. 3 b Erfindungsgemäße Sensoreinheit mit zwei Bimetall-Signalgebern und zwei Piezoelementen, erster Bimetall-Signalgeber aktuiert
Fig. 3 c Erfindungsgemäße Sensoreinheit mit zwei Bimetall-Signalgebern und zwei Piezoelementen, beide Bimetall-Signalgeber aktuiert
Fig. 4 a Schnittansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Bimetall-Signalgebers, in erste Rastposition ausgelenkt
Fig. 4 b Schnittansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Bimetall-Signalgebers, in zweite Rastposition ausgelenkt
Fig. 5 a Schnittansicht eines Arrays von vier erfindungsgemäßen Bimetall-Signalgebern
Fig. 5 b Darstellung der Temperaturintervalle des Arrays von vier erfindungsgemäßen Bimetall-Signalgebern
Fig. 6 Anwendung eines Arrays von erfindungsgemäßen Bimetall-Signalgebern
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit 10 mit einem Bimetall-Signalgeber A und einem Piezoelement 11. Die Sensoreinheit 10 weist einen ersten Bimetall-Signalgeber A auf. Der Bimetall-Signalgeber A ist aus zwei Schichten M1 , M2 aus unterschiedlichen Metallen oder Legierungen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet, wobei die beiden Schichten M1 , M2 durch Walzen, Schweißen, Kleben oder direkt durch Aufträgen, z. B. durch direktes Aufsprühen eines zweiten Materials auf ein erstes Material derart miteinander verbunden werden, dass eine monolithische Bimetall-Lamelle 21 entsteht.
Der Bimetall-Signalgeber A ist in einem Ende in der Lagerung 13 derart gelagert, dass das dem gelagerten Ende gegenüberliegende Ende in senkrechter Richtung zu den Grenzflächen zwischen den metallischen Schichten M1 , M2 frei beweglich ist (Fig. 1 a). Das Piezoelement 11 ist derart in der Nähe des beweglichen Endes der Bimetall-Lamelle 21 angeordnet, dass bei einer Auslenkung der Bimetall-Lamelle 21 das Piezoelement 11 verformt wird (Fig. 1 b). Diese Verformung wird von dem Piezoelement 11 in eine elektrische Spannung in dem ersten elektrischen Stromkreis 14 umgewandelt.
Neben Art und Konzentration der bei einem Waldbrand entstehenden Gase ist deren Temperatur ein Indikator für einen Waldbrand. Zur Detektion von Waldbränden nimmt der erste Bimetall-Signalgeber A Wärmeenergie auf. Die Wärmeenergie wird in eine Deformation der ersten Bimetall-Signalgebers A umgewandelt. Die Deformation wird durch das Piezoelement 11 in eine elektrische Spannung umgewandelt. Bei Berührung mit und Ausübung eines Drucks der ersten Bimetall-Lamelle A auf das erste Piezoelement 11 wird in dem ersten Piezoelement 11 elektrische Energie erzeugt. Die erzeugte elektrische Spannung des ersten Stromkreises 14 wird in ein erstes Signal umgewandelt. Außerdem wird die Zeit, insbesondere der Zeitpunkt, der Erzeugung des ersten Signals erfasst. Die Sensoreinheit 10 weist dazu einen Zeitnehmer auf, der mit dem Bimetall-Signalgeber A verbunden ist. Erstes Signal zusammen mit dem Zeitpunkt seiner Erzeugung werden im Endgerät, in dem der Bimetall-Signalgeber A angeordnet ist, gespeichert und mittels eines Mesh-Gateway-Netzwerks an einen Netzwerkserver übermittelt.
Eine Variante der erfindungsgemäßen Sensoreinheit 10 mit einem Bimetall-Signalgeber A zeigt Figur 2. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Sensoreinheit 10 ebenfalls einen ersten Bimetall-Signalgeber A auf. Der Bimetall-Signalgeber A ist in einem Ende in der Lagerung 13 ebenfalls derart gelagert, dass das dem gelagerten Ende gegenüberliegende Ende in senkrechter Richtung zu den Grenzflächen zwischen den metallischen Schichten M1 , M2 frei beweglich ist (Fig. 2 a).
In diesem Ausführungsbeispiel weist der Bimetall-Signalgeber A jedoch ein erstes Kontaktelement 11 auf. Das erste Kontaktelement 11 ist elektrisch leitend und derart angeordnet, dass bei einer Auslenkung und Kontakt der Bimetall-Lamelle 21 mit dem ersten Kontaktelement 11 der erste elektrische Stromkreis 14 geschlossen wird (Fig. 2 b), wodurch ebenfalls ein erstes Signal erzeugt wird.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit 10 mit zwei Bimetall-Signalgebern A, B. Die Sensoreinheit 10 weist einen ersten Bimetall-Signalgeber A und einen zweiten Bimetall-Signalgeber B auf. Die Bimetall-Signalgeber A, B sind in nicht ausgelenktem Zustand (Fig. 3 a) parallel zueinander angeordnet. Beide Bimetall-Lamellen 21 , 22 sind in einem Ende in der Lagerung 13 derart gelagert, dass das dem gelagerten Ende gegenüberliegende Ende in senkrechter Richtung zu den Grenzflächen zwischen den metallischen Schichten M1 , M2 frei beweglich sind.
Zwei Piezoelemente 11 , 12 sind derart in der Nähe der beweglichen Enden der Bimetall- Lamellen A, B angeordnet, dass bei einer Auslenkung und Ausübung einer Kraft der ersten Bimetall-Lamelle 21 das erste Piezoelement 11 verformt wird, bei Auslenkung und Ausübung einer Kraft der zweiten Bimetall-Lamelle 22 das zweite Piezoelement 12 verformt wird.
Die Auslegung und das Material der Bimetall-Signalgeber A, B ist in diesem Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass bei einer ersten Temperatur T1 (Fig. 3 b) die erste Bimetall-Lamelle 21 das erste Piezoelement 11 berührt, darauf einen Druck ausübt und so eine elektrische Spannung in dem ersten Stromkreis 14 erzeugt. Die erzeugte elektrische Spannung generiert ein erstes Signal des Bimetall-Signalgebers A. Bei einer zu der ersten Temperatur T1 verschiedenen zweiten Temperatur T2 (Fig. 3 c) sind die Bimetall-Lamellen 21 , 22 derart deformiert, dass sie das erste Piezoelement 11 und das zweite Piezoelement 12 berühren, darauf einen Druck ausüben und ebenfalls eine elektrische Spannung generieren, die sowohl in dem ersten Stromkreis 14 als auch im zweiten Stromkreis 15 erzeugt wird. Die von beiden Piezoelementen 11 , 12 erzeugten Spannungen sind unterschiedlich ist zu der bei der ersten Temperatur T1 erzeugten elektrischen Spannung. Die von beiden Bimetall-Lamellen 21 , 22 erzeugten elektrische Spannungen generiert ein zweites Signal, das von dem ersten Signal verschieden ist.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit 10. Die Sensoreinheit 10 weist den Bimetall-Signalgeber A mit zwei metallischen Schichten M1 , M2 auf. Die erste metallische Schicht M1 ist mit einem Piezoelement 11 beschichtet. Es besteht also eine permanente Kopplung zwischen der Bimetall-Lamelle 21 und dem Piezoelement 11. Das Piezoelement 11 ist mit dem ersten Stromkreis 14 verbunden.
Die Bimetall-Lamelle 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel an beiden Enden derart gelagert, dass die Bimetall-Lamelle 21 zwischen ihren Enden in senkrechter Richtung zu den Grenzflächen der metallischen Schichten M1 , M2 beweglich ist. Aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der beiden metallischen Schichten M1 , M2 deformiert sich die Bimetall-Lamelle 21 sowohl bei Erwärmung als auch bei Abkühlung. Diese Deformation erfolgt im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen (s. Fig. 1 - 3) nicht kontinuierlich, sondern schlagartig bei einer Schalttemperatur des Bimetall- Signalgebers A.
Die Bimetall-Lamelle 21 weist daher abhängig von der Temperatur, der sie ausgesetzt ist, zwei unterschiedliche Rastzustände auf. In beiden Rastzuständen weist die Bimetall- Lamelle 21 eine unterschiedliche Deformation auf. Die Deformation hängt von der Temperatur ab, der es ausgesetzt ist, sowie von den ursprünglichen Eigenschaften des Materials, z.B. Dicke, Wärmeausdehnungskoeffizienten. Bei Übergang bei der Schalttemperatur vom ersten Rastzustand (Fig. 4 a) in den zweiten Rastzustand (Fig. 4 b) wird mittels des Piezoelements 11 eine Spannung im ersten Stromkreis 14 und ein erstes Signal erzeugt.
Ein Ausführungsbeispiel eines Arrays 100 von vier Bimetall-Signalgebern A, B, C, D des vorstehenden Ausführungsbeispiels (s. Fig. 4) zeigt Fig. 5. Ein Bimetall-Signalgeber A, B, C, D weist jeweils eine Bimetall-Lamelle 21 mit jeweils zwei metallischen Schichten M1 , M2 auf (Fig. 5 a). Jede erste metallische Schicht M1 einer Bimetall-Lamelle 21 ist mit einem jeweils einem Piezoelement 11 beschichtet. In einer Variante sind beide metallischen Schichten M1 , M2 einer Bimetall-Lamelle 21 mit jeweils einem Piezoelement 11 , 12 beschichtet. Die Signalstärke eines von dem Bimetall-Signalgeber A, B, C, D erzeugten Signals wird dadurch erhöht. Alle Bimetall-Lamellen 21 sind an ihren jeweiligen beiden Enden derart gelagert, dass die Bimetall-Lamellen 21 zwischen ihren Enden in senkrechter Richtung zu den Grenzflächen der metallischen Schichten M1 , M2 beweglich sind.
Die vier Bimetall-Signalgeber A, B, C, D weisen zueinander jeweils unterschiedliche Schalttemperaturen auf (Fig. 5 b). Der Bimetall-Signalgeber A weist die Schalttemperatur TAS auf, der Bimetall-Signalgeber B die Schalttemperatur TBS, der Bimetall-Signalgeber C die Schalttemperatur TOS und der Bimetall-Signalgeber D die Schalttemperatur TDS auf. Insbesondere weist der erste Bimetall-Signalgeber A die niedrigste Schalttemperatur aller vier Bimetall-Signalgeber A, B, C, D auf, der vierte Bimetall-Signalgeber D die höchste Schalttemperatur. Das Temperaturintervall zwischen der niedrigsten Schalttemperatur TAS und der höchsten Schalttemperatur TDS definiert das Gesamt-Temperaturintervall, in dem das Array 100 eingesetzt werden kann.
Das Array 100 ist vorteilhafterweise in einem Endgerät angeordnet, das Bestandteil eines Waldbrandfrüherkennungssystems 1 ist. Um das Endgerät auch in unwirtlichen und insbesondere ruralen Gegenden fernab von Energieversorgung installieren und off-grid betreiben zu können, ist ein Endgerät mit einer autarken Energieversorgung ausgestattet. Bei Auftreten eines Waldbrandes erzeugt üblicherweise der erste Bimetall-Signalgeber A mit der niedrigsten Schalttemperatur TAS zum Zeitpunkt t1 ein erstes Signal, wodurch auf dem Endgerät eine Mitteilung erzeugt wird, die über ein Mesh-Gateway-Netzwerk an einen Netzwerkserver versandt wird. Die Mitteilung enthält auch den Zeitpunkt t1 der Erzeugung des ersten Signals. Bei Erhöhung der Umgebungstemperatur aufgrund eines Waldbrandes erzeugt der zweite Bimetall-Signalgeber B mit der nächsthöheren Schalttemperatur TBS zu einem späteren Zeitpunkt t2 ein zweites Signal. Eine entsprechende Mitteilung mit dem Zeitpunkt t2 der Erzeugung des zweiten Signals wird an den Netzwerkserver versandt. Zum einem späteren Zeitpunkt t3 hat die Umgebungstemperatur die Schalttemperatur TCS des dritten Bimetall-Signalgebers C erreicht, das Endgerät versendet eine dritte Mitteilung mit dem Zeitpunkt t3 der Erzeugung des Signals an den Netzwerkserver. Analog wird zu einem späteren Zeitpunkt t4, an dem die höchste Schalttemperatur TDS des vierten Bimetall- Signalgebers D erreicht wird, vom Endgerät eine vierte Mitteilung an den Netzwerkserver versandt.
Das erfindungsgemäße Waldbrandfrüherkennungssystem 1 weist üblicherweise eine Vielzahl von Endgeräten auf. Um das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion von Waldbränden durchzuführen, muss die Position jedes einzelnen Endgerätes so präzise wie möglich bekannt sein. Die Positionsbestimmung kann z.B. bei der Installation des Endgerätes erfolgen. Das Endgerät kann z.B. an einem Baum des zu überwachenden Waldes angeordnet werden und die Position des Endgerätes mittels eines Navigationssatellitensystems, z.B. GPS (Global Positioning System) einmalig bestimmt werden. Dazu kann z.B. ein handelsübliches GPS-System oder ein Smartphone verwendet werden.
Das Verfahren zur Erkennung eines Waldbrandes ist nicht auf den hier geschilderten Verlauf festgelegt. Abhängig von der Umgebungstemperatur können auch mehrere oder alle in dem Array 100 angeordneten Bimetall-Signalgeber A, B, C, D zu einem Zeitpunkt ein Signal erzeugen. Eine entsprechend generierte Mitteilung wird dann zusammen mit dem Zeitpunkt der Generierung des Signals über das Mesh-Gateway-Netzwerk an den Netzwerkserver gesandt. Eine Mehrzahl Endgeräte erzeugen jeweils zu unterschiedlichen Zeitpunkten tn eine unterschiedliche Anzahl Signale, die auf dem Netzwerkserver gesammelt und gespeichert werden. Es ist aufgrund der Kenntnis der Zeitpunkte tn der Erzeugung der Signale der Endgeräte nicht nur möglich, die Position eines Waldbrandes zu bestimmen, sondern auch dessen Ausbreitungsgeschwindigkeit. Zusätzlich ist die Ausbreitungsrichtung des Waldbrandes bestimmbar, wenn Anzahl und Ort der den Waldbrand detektierenden Endgeräte sowie die Zeitpunkte der jeweiligen Detektion bekannt sind. Ein einzelnes Endgerät kann zur Erkennung eines Waldbrandes zusätzlich über Sensoren zur Gasanalyse sowie zur Erfassung der vorherrschenden Windrichtung aufweisen.
Das Waldbrandfrüherkennungssystem 1 weist ein Mesh-Gateway-Netzwerk auf, das die Technologie eines LoRaWAN- Netzwerks nutzt. Das LoRaWAN-Netzwerk weist eine sternförmige Architektur auf, in der mittels Gateways Nachrichtenpakete zwischen den Endgeräten und einem zentralen Internet-Netzwerkserver ausgetauscht werden. Das Waldbrandfrüherkennungssystem 1 weist eine Vielzahl von Endgeräten auf, die über eine Single-Hop-Verbindung mit ersten Gateways verbunden sind. Die Signale der Endgeräte werden als Datenpaket drahtlos mittels einer Single-Hop-Verbindung über LoRa (Zirpenfrequenzspreizungsmodulation) oder Frequenzmodulation an ein oder mehrere erste Gateways versendet. Das Standard-LoRa-Funknetzwerk weist eine Stern-Topologie auf, bei der ein oder mehrere Endgeräte EDn direkt (Single Hub) über Funk mittels LoRa- Modulation oder FSK-Modulation an Gateways angebunden sind, während die Gateways mit dem Internetnetzwerkserver mittels eines Standard-Internetprotokolls IP kommunizieren.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer schematischen Anordnung eines Arrays 100 in einem Endgerät, das in einem Waldbrandfrüherkennungssystem 1 angeordnet ist. Das Waldbrandfrüherkennungssystem 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Array 100 von Bimetall-Signalgebern A, A1 , A2, A3, A4, B, B1 , B2, B3, C, C1 , C2, C3, C4, C5, D, D1 , D2, D3, D4, D5, D6, E1 , E2, E3, E4, E5, E6, E7 4 auf. Die Bimetall-Signalgeber A, A1 , A2, A3, A4 auf, wobei die Bimetall-Signalgeber A, A1 , A2, A3, A4 untereinander die gleich Schalttemperatur aufweisen. In gleicher Weise weisen die Bimetall-Signalgeber B, B1 , B2, B3 untereinander die gleichen Schalttemperaturen auf, die Bimetall-Signalgeber C, C1 , C2, C3, C4, C5 weisen untereinander die gleichen Schalttemperaturen auf, die Bimetall-Signalgeber D, D1 , D2, D3, D4, D5, D6 weisen untereinander gleichen Schalttemperaturen auf, und schließlich weisen die die Bimetall- Signalgeber E1 , E2, E3, E4, E5, E6, E7 untereinander gleichen Schalttemperaturen auf.
Die Schalttemperaturen der Bimetall-Signalgeber A, B, C, D, E1 unterscheiden sich jedoch jeweils voneinander: In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Bimetall-Signalgeber A, A1 , A2, A3, A4 die niedrigste Schalttemperatur auf, die Bimetall-Signalgeber B, B1 , B2, B3 weisen die nächsthöhere Schalttemperatur auf, die Bimetall-Signalgeber C, C1 , C2, C3, C4, C5 eine höhere Schalttemperatur als die Bimetall-Signalgeber B, B1 , B2, B3, die Bimetall-Signalgeber D, D1 , D2, D3, D4, D5, D6 eine höhere Schalttemperatur als die Bimetall-Signalgeber C, C1 , C2, C3, C4, C5, die Bimetall-Signalgeber E1 , E2, E3, E4, E5, E6, E7 weisen die höchste Schalttemperatur auf.
Der Ausbruch eines Waldbrandes geht üblicherweise mit einem stetigen Anstieg der Umgebungstemperatur einher. Bei Auftreten eines Waldbrandes erzeugen dann die Bimetall-Signalgeber A, A1 , A2, A3, A4 mit der niedrigsten Schalttemperatur zum ersten Zeitpunkt t1 jeweils ein erstes Signal, wodurch auf dem Endgerät eine Mitteilung erzeugt wird, die über ein Mesh-Gateway-Netzwerk an einen Netzwerkserver versandt wird. Die Mitteilung enthält auch den Zeitpunkt t1 der Erzeugung der ersten Signale. Bei Erhöhung der Umgebungstemperatur aufgrund eines Waldbrandes erzeugen die Bimetall- Signalgeber B, B1 , B2, B3 mit der nächsthöheren Schalttemperatur zu einem späteren Zeitpunkt t2 jeweils ein zweites Signal. Eine entsprechende Mitteilung mit dem Zeitpunkt t2 der Erzeugung des zweiten Signals wird an den Netzwerkserver versandt. Zum einem späteren Zeitpunkt t3 hat die Umgebungstemperatur die Schalttemperatur der Bimetall- Signalgeber C, C1 , C2, C3, C4, C5 erreicht, die jeweils ein drittes Signal erzeugen. Das Endgerät versendet eine dritte Mitteilung mit dem Zeitpunkt t3 der Erzeugung der Signale an den Netzwerkserver. Analog wird zu einem späteren Zeitpunkt t4, an dem die nächsthöhere Schalttemperatur der Bimetall-Signalgeber D, D1 , D2, D3, D4, D5, D6 erreicht wird, vom Endgerät eine vierte Mitteilung an den Netzwerkserver versandt. Bei Erreichen der höchsten Schalttemperatur erzeugen die Bimetall-Signalgeber E1 , E2, E3, E4, E5, E6, E7 zum Zeitpunkt t5 jeweils ein fünftes Signal, wodurch auf dem Endgerät eine Mitteilung erzeugt wird, die über das Mesh-Gateway-Netzwerk an einen Netzwerkserver versandt wird.
Das Array 100 erzeugt also bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen unterschiedliche Signale, die zusammen mit ihrem Zeitstempel auf dem Netzwerkserver eingehen und sowohl auf dem Endgerät als auch auf dem Netzwerkserver gespeichert werden.
Aufgrund der Kenntnis der Zeitpunkte tn der Erzeugung der Signale der Endgeräte ist es möglich, die Position eines Waldbrandes zu bestimmen, sondern auch dessen Ausbreitungsgeschwindigkeit, indem die Zeitintervalle berücksichtigt werden, in denen die einzelnen Signale erzeugt werden. So lässt ein kurzes Zeitintervall zwischen dein Zeitpunkten t1 und t5 auf eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit schließen, ein vergleichsweise langes Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t1 und t5 auf eine geringe Ausbreitungsgeschwindigkeit.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Waldbrandfrüherkennungssystem
10 Sensoreinheit
11 Erstes Kontaktelement / Erstes Piezoelement
12 Zweites Kontaktelement / Zweites Piezoelement
13 Lagerung
14 Erster Stromkreis
15 Zweiter Stromkreis
21, 22, 23, 24 Bimetall-Lamelle
100 Array
A, A1 , A2, A3, A4 Erster Bimetall-Signalgeber
B, B1, B2, B3 Zweiter Bimetall-Signalgeber
C, C1, C2, C3, C4, Dritter Bimetall-Signalgeber C5
D, D1, D2, D3, D4, Vierter Bimetall-Signalgeber
D5, D6
E1, E2, E3, E4, E5, Fünfter Bimetall-Signalgeber
E6, E7
M1 Erste Schicht der Bimetall-Lamelle
M2 Zweite Schicht der Bimetall-Lamelle

Claims

PAT E N TA N S P R Ü C H E
1. Waldbrandfrüherkennungssystem (1) mit einem Endgerät, wobei das Endgerät eine Sensoreinheit (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) einen ersten Bimetall-Signalgeber (A) aufweist.
2. Waldbrandfrüherkennungssystem (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) einen zweiten Bimetall-Signalgeber (B) aufweist, wobei der erste Bimetall-Signalgeber (A) verschieden ist vom zweiten Bimetall- Signalgeber (B).
3. Waldbrandfrüherkennungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der erste (A) und/oder der zweite Bimetall-Signalgeber (B) mit einem Piezoelement (11 , 12) gekoppelt ist.
4. Waldbrandfrüherkennungssystem (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schalttemperatur des ersten Bimetall-Signalgebers (A) verschieden ist von der Schalttemperatur des zweiten Bimetall-Signalgebers (B).
5. Waldbrandfrüherkennungssystem (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) ein Array (100) von Bimetall-Signalgebern (A, B, C, D, E1 ) aufweist. Waldbrandfrüherkennungssystem (1 ) nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Array (100) eine Vielzahl von unterschiedlichen Bimetall-Signalgebern (A, B, C, D, E1 ) aufweist. Waldbrandfrüherkennungssystem (1 ) nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von unterschiedlichen Bimetall-Signalgeber (A, B, C, D, E1 ) der Sensoreinheit (10) unterschiedliche Signaltemperaturen aufweisen, wobei bei Erreichen der Signaltemperatur der jeweilige Bimetall-Signalgeber (A, B, C, D, E1 ) ein Signal erzeugt. Waldbrandfrüherkennungssystem (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) mit einer Zeiterfassung gekoppelt ist. Waldbrandfrüherkennungssystem (1 ) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass das von der Sensoreinheit (10) erfasste Signal des Bimetall-Signalgebers (A, B, C, D, E1 ) mit der jeweiligen Zeit der Erfassung des Signals gekoppelt speicherbar ist. Waldbrandfrüherkennungssystem (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Waldbrandfrüherkennungssystem (1 ) ein Mesh-Gateway-Netzwerk mit einem ersten Gateway und einem zweiten Gateway aufweist, wobei das erste Gateway ausschließlich mit anderen Gateways und Endgeräten des Mesh-Gateway-Netzwerks direkt kommuniziert und das zweite Gateway mit dem Netzwerk-Server kommuniziert.
11 . Waldbrandfrüherkennungssystem (1 ) nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Mesh-Gateway-Netzwerk ein LPWAN und bevorzugt ein LoRaWAN umfasst.
12. Waldbrandfrüherkennungssystem (1) nach Anspruch 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Endgeräte und/oder die ersten Gateways eine autarke Energieversorgung aufweisen.
13. Waldbrandfrüherkennungssystem (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Endgeräte und/oder die ersten Gateways off-grid betreibbar sind.
14. Verfahren zur Detektion von Waldbränden mit den Verfahrensschritten
• Aufnahme von Wärmeenergiemenge eines ersten Bimetall-Signalgebers (A) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (1 ),
• Umwandlung der Wärmeenergiemenge in eine Deformation der Bimetall- Lamelle (21) des ersten Bimetall-Signalgebers (A),
• Erzeugen eines ersten Signals durch die Deformation der Bimetall-Lamelle (21 ) des ersten Bimetall-Signalgebers (A).
15. Verfahren zur Detektion von Waldbränden nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Bimetall-Signalgeber (B) des Waldbrandfrüherkennungssystems (1) eine Wärmeenergiemenge aufnimmt, die Wärmeenergiemenge in eine Deformation der Bimetall-Lamelle (22) des zweiten Bimetall-Signalgebers (B) umwandelt und ein zweites Signal durch das durch die Deformation der Bimetall-Lamelle (22) des zweiten Bimetall-Signalgebers (B) erzeugt wird. Verfahren zur Detektion von Waldbränden nach Anspruch 14 oder 15 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bimetall-Signalgeber (A) verschieden ist vom zweiten Bimetall-Signalgeber (B). Verfahren zur Detektion von Waldbränden nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bimetall-Signalgeber (A) bei einer von der Signaltemperatur des zweiten Bimetall-Signalgebers (B) verschiedenen Signaltemperatur ein Signal erzeugt. Verfahren zur Detektion von Waldbränden nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass durch das von dem ersten Bimetall-Signalgeber (A) erzeugte Signal eine Mitteilung von dem den ersten Bimetall-Signalgeber (A) enthaltenen Endgerät an einen Netzwerkserver ausgelöst wird. Verfahren zur Detektion von Waldbränden nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt der Erzeugung eines von einem der Bimetall-Signalgeber (A, B, C, D, E1 ) erzeugten Signals erfasst wird. Verfahren zur Detektion von Waldbränden nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit zwischen zwei von zwei unterschiedlichen Bimetall-Signalgebern (A, B, C, D, E1 ) erfassten Signalen erfasst wird. Verfahren zur Detektion von Waldbränden nach Anspruch 20
26 dadurch gekennzeichnet, dass durch die erfasste Zeit eine Mitteilung von dem den Bimetall-Signalgeber (A, B, C, D, E1 ) enthaltenen Endgerät an einen Netzwerkserver ausgelöst wird. Verfahren zur Detektion von Waldbränden nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass durch die erfasste Zeit eine Mitteilung von dem den Bimetall-Signalgeber (A, B, C, D, E1 ) enthaltenen Endgerät an einen Netzwerkserver ausgelöst wird. Verfahren zur Detektion von Waldbränden nach einem oder mehreren der
Ansprüche 14 bis 22 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels eines Waldbrandfrüherkennungssystems (1 ) durchgeführt wird, wobei das Waldbrandfrüherkennungssystem (1 ) ein Gateway-Netzwerk mit einem Netzwerk-Server und mehreren Endgeräten umfasst, wobei die Sensoreinheit (10) Teil eines Endgerätes ist und die Signale und/oder die ausgewerteten Signale über das Gateway zu dem Netzwerkserver übertragen werden. Verfahren zur Detektion von Waldbränden nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass das Waldbrandfrüherkennungssystems (1 ) ein Mesh-Gateway-Netzwerk mit einem ersten Gateway und einem zweiten Gateway aufweist, wobei die ausgewerteten Signale über das erste Gateway und das zweite Gateway zu dem Netzwerkserver übertragen werden. Verfahren zur Detektion von Waldbränden nach einem oder mehreren der
Ansprüche 23 bis 24 dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation des Mesh-Gateway-Netzwerkes über ein LPWAN- und bevorzugt ein LoRaWAN-Protokoll erfolgt.
27 Verfahren zur Detektion von Waldbränden nach einem oder mehreren der
Ansprüche 14 bis 25 dadurch gekennzeichnet, dass das Endgerät und/oder die ersten Gateways über eine autarke Energieversorgung mit Energie gespeist werden. Verfahren zur Detektion von Waldbränden nach einem oder mehreren der
Ansprüche 14 bis 26 dadurch gekennzeichnet, dass die Endgeräte und die ersten Gateways off-grid betrieben werden.
28
PCT/EP2022/083292 2021-11-26 2022-11-25 Waldbrandfrüherkennungssystem mit piezo/bi-metall-sensor und verfahren zum betrieb eines waldbrandfrüherkennungssystems WO2023094596A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA3238828A CA3238828A1 (en) 2021-11-26 2022-11-25 Forest fire early detection system with piezo/bimetallic sensor, and method for operating a forest fire early detection system
CN202280069163.8A CN118103891A (zh) 2021-11-26 2022-11-25 具有压电/双金属传感器的森林火灾早期检测系统，以及用于操作森林火灾早期检测系统的方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021131104.7A DE102021131104A1 (de) 2021-11-26 2021-11-26 Waldbrandfrüherkennungssystem mit piezo/bi-metall-sensor und verfahren zum betrieb eines waldbrandfrüherkennungssystems
DE102021131104.7 2021-11-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023094596A1 true WO2023094596A1 (de) 2023-06-01

Family

ID=84487518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/083292 WO2023094596A1 (de) 2021-11-26 2022-11-25 Waldbrandfrüherkennungssystem mit piezo/bi-metall-sensor und verfahren zum betrieb eines waldbrandfrüherkennungssystems

Country Status (4)

Country Link
CN (1) CN118103891A (de)
CA (1) CA3238828A1 (de)
DE (1) DE102021131104A1 (de)
WO (1) WO2023094596A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080309502A1 (en) 2005-11-10 2008-12-18 Smart Packaging Solutions (Sps) Method and Device for Detecting Forest Fires
US7791415B2 (en) 2007-05-18 2010-09-07 Semtech Corporation Fractional-N synthesized chirp generator
KR20110093187A (ko) * 2010-02-11 2011-08-18 서정수 산불검지 및 수위경보 무선송신기
CN108053596A (zh) * 2017-12-28 2018-05-18 华东交通大学 一种山林边缘火灾监测与消防装置
CN110379112A (zh) * 2019-06-18 2019-10-25 杨浩然 一种基于触点开关的森林火灾报警系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10062028C2 (de) 2000-12-13 2003-11-20 Enocean Gmbh Thermoelektrischer Signalgeber
CN111784955A (zh) 2019-04-04 2020-10-16 上海瀚强信息科技有限公司 一种林火报警系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080309502A1 (en) 2005-11-10 2008-12-18 Smart Packaging Solutions (Sps) Method and Device for Detecting Forest Fires
US7791415B2 (en) 2007-05-18 2010-09-07 Semtech Corporation Fractional-N synthesized chirp generator
KR20110093187A (ko) * 2010-02-11 2011-08-18 서정수 산불검지 및 수위경보 무선송신기
CN108053596A (zh) * 2017-12-28 2018-05-18 华东交通大学 一种山林边缘火灾监测与消防装置
CN110379112A (zh) * 2019-06-18 2019-10-25 杨浩然 一种基于触点开关的森林火灾报警系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN118103891A (zh) 2024-05-28
DE102021131104A1 (de) 2023-06-01
CA3238828A1 (en) 2023-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60216796T2 (de) Verfahren zum verwalten eines sensornetzwerksystems, programm zum verwalten eines sensornetzwerksystems, aufzeichnungsmedium mit aufgezeichnetem programm zum verwalten eines sensornetzwerksystems, vorrichtung zum verwalten eines sensornetzwerksystems, verfahren zum verwalten eines relaisnetzwerks, programm zum verwalten eines relaisnetzes
Watteyne et al. Peach: Predicting frost events in peach orchards using iot technology
EP4104154A1 (de) Verfahren zur früherkennung eines waldbrandes und waldbrandfrüherkennungssystem
CN106384303A (zh) 配电室运维管理系统及方法
DE102010042116A1 (de) Verfahren zur Ermöglichung einer zeitnahen Diagnose, an einem Wireless Adapter angeschlossenen Feldgerätes
DE112012002604T5 (de) Endgerät, Datenübertragungssystem und Verfahren zum Aktivieren eines Endgerätes
WO2023094596A1 (de) Waldbrandfrüherkennungssystem mit piezo/bi-metall-sensor und verfahren zum betrieb eines waldbrandfrüherkennungssystems
CN111031043A (zh) 一种基于复合型烟雾感知器的物联网管理系统及方法
WO2005088260A1 (de) Sensorknoten und sich daraus selbst organisierendes sensornetzwerk
EP3244279A1 (de) Verfahren zum betreiben eines fehlerindikators
EP2619931A1 (de) Pipelinesystem und verfahren zum betreiben eines pipelinesystems
WO2020193062A1 (de) Datenverarbeitungsanordnung und datenverarbeitungsverfahren
EP2560345B1 (de) Verfahren und Vorrichtungsanordnung zur Übermittlung von Verbrauchsdaten dezentral angeordneter Datenerfassungsgeräte
EP3421941A1 (de) Anordnung aus intelligentem verbrauchszähler und gateway-vorrichtung
WO2022017838A1 (de) System zur bestimmung eines zeitpunkts zum austausch von isolierverglasung in einem gebäude
EP2694956B1 (de) Thermoelektrische feuchtigkeitsdetektion
WO2024126164A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur detektion von waldbränden
DE102022133169A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur detektion von waldbränden
DE19824471A1 (de) Verfahren zur Übertragung von Daten
DE102012204173A1 (de) Übermittlung von Messwerten und Prognosewerten eines Sensorknotens
WO2023016981A1 (de) Lorawan-mesh-gateway-netzwerk und verfahren zur ortung eines waldbrandes
WO2023213824A1 (de) Mesh-gateway-netzwerk und verfahren
WO2012089756A1 (de) Funkschnittstelle
DE102010034961B4 (de) Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum Erfassen von Verbrauchswerten in einem Gebäude anfallender Verbrauchsmengen
WO2024126443A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur detektion von waldbränden

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22822120

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3238828

Country of ref document: CA