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Dokumentenidentifikation DE102005050451A1 03.05.2007
Titel Rauchdetektor
Anmelder IMOS Gubela GmbH, 77871 Renchen, DE
Erfinder Gubela, Hans-Erich, Senior, 77887 Sasbachwalden, DE;
Gubela, Hans-Erich, jun., 77887 Sasbachwalden, DE;
Huber, Markus, 77887 Sasbachwalden, DE
Vertreter Wolf & Lutz, 76530 Baden-Baden
DE-Anmeldedatum 19.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005050451
Offenlegungstag 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse G08B 17/103(2006.01)A, F, I, 20051019, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Rauchdetektor und ein Verfahren zur Rauchdetektion. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass von einem Lichtsender (2) ein mit fester Taktfrequenz intensitätsmoduliertes Lichtsignal (6) auf einen im Abstand zum Lichtsender (2) angeordneten Reflektor (5) gesandt wird, dass ein Reflexionssignal (7) vom Reflektor (5) zu einem im Abstand zum Reflektor (5) angeordneten Lichtempfänger (3) reflektiert wird und dass mittels einer Auswerteelektronik (4) das Reflexionssignal (7) anhand seiner Taktfrequenz erkannt wird und eine Veränderung der Intensität des Reflexionssignals (7) gegenüber der Intensität des Lichtsignals (6) gemessen wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Rauchdetektor, der gegen Störungen von Fremdlicht oder unerwünschten Reflexionen unempfindlich ist.

Herkömmliche Rauchdetektoren, die mit Lichtsensorik arbeiten, haben vier grundsätzliche Probleme:

  • 1. Die Lichtsensorik der Rauchdetektoren kann durch Fremdlicht gestört werden. Das Gehäuse für den Rauchdetektor muss deshalb häufig so gestaltet werden, dass zunächst die Lichtsensorik vor Fremdlicht geschützt wird, statt den Detektor auf den Raucheingang und/oder Rauchdurchgang hin zu optimieren. Besonders bei der Überwachung von großen Räumen, wie zum Beispiel Fabrikhallen, ist es erforderlich, dass der Rauchdetektor mit seiner Lichtsensorik über weite Entfernungen arbeiten kann auch ohne Gehäuse, das ihn vor Fremdlicht schützen soll.
  • 2. Herkömmliche Rauchdetektoren arbeiten oft nach einem Prinzip, bei dem die Lichtsensorik Licht aussendet in einem dunklen Gehäuse und Reflexionen von Rauchteilchen erwartet. Bei diesem Prinzip sind Reflexionen des Sensorlichtes innerhalb des Gehäuses unerwünscht, weil die Empfindlichkeit des Detektors herabgesetzt wird. Denn er muss die Reflexionen von Rauchteilchen gegenüber Reflexionen, die von den Gehäusewänden ausgehen, unterscheiden.
  • 3. Die Rauchdetektoren werden langfristig durch Verstauben gestört und unbrauchbar.
  • 4. Rauchdetektoren altern und bedürfen einer Wartung. Die vorliegende Erfindung schlägt eine automatische Selbstüberwachung und mögliche Selbstreinigung vor.

Alle vier aufgeführten Probleme der herkömmlichen Rauchdetektoren können mit dem erfindungsgemäßen Rauchdetektor gelöst werden.

Für einen störsicheren Rauchdetektor (1) wird vorgeschlagen, die Sensorik als Reflexlichtschranke auszubilden, so dass ständig von einem Lichtsender (2) ein Lichtsignal (6) auf einen Reflektor (5) ausgesandt wird. Der Reflektor reflektiert das Signal als Reflexion (7) auf einen Lichtempfänger (3). Das Lichtsignal (6) ist mit fester Taktfrequenz intensitätsmoduliert. Das empfangene Signal (7) kann an seiner Taktfrequenz wiedererkannt werden, so dass zur Signalauswertung in der Elektronik (4) Fremdlicht ausgeschlossen wird. Als besonders geeignet wird für die Signalauswertung vorgeschlagen, die in der Deutschen Patentschrift DE 103 00 223 B3, deren Offenbarungsgehalt in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung aufgenommen werden soll, beschriebene Messanordnung und Verfahren zur phasenkorrekten Kompensation eines Signals zu verwenden. Dazu gibt es auch eine Veröffentlichung im Internet www.elektroniknet.de/topics/automatisieren/fachthemen/2002/0032/print.htm., die das so genannte HALIOS Messprinzip anschaulich erläutert. Eine Kopie dieser Veröffentlichung, deren Offenbarungsgehalt in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung aufgenommen werden soll, ist der Anmeldung beigefügt. Dieses Messverfahren besitzt die notwendige Empfindlichkeit zur Detektion von Reflexionsstörungen.

Auch andere Messverfahren, die nach dem Reflexionsprinzip arbeiten und die in der Lage sind, Fremdlicht wirkungsvoll aus der Messung auszuschliessen, sind verwendbar, wenn sie die weiteren Anforderungen, die unten dargestellt werden erfüllen.

Weil der erfindungsgemäße Rauchdetektor ständig ein Lichtsignal (6) aussendet und dessen Reflexion (7) auswertet, stören weitere Reflexionen innerhalb des Gehäuses die Messung nicht, denn sie werden als Reflexion des ausgesandten Signals (6) erkannt und als solches in der Messung mit ausgewertet. Dagegen nimmt eindringendes Fremdlicht nicht an der Messung teil.

Von Bedeutung ist bei dem erfindungsgemäßen Rauchdetektor die mögliche Ausgestaltungsvielfalt des Reflektors (5). Der Reflektor (5) kann einfach eine unbehandelte Wand oder Teil des Gehäuses sein. Denn der Rauchdetektor kann sich auf den Reflektor einregeln, wie weiter unten in der Beschreibung des „Wartungszyklus" erläutert wird. Der Reflektor kann auch eine Reflexfolie sein aus Mikrokugeln oder Mikrotripeln, besonders aber als Microcube-Reflektor, wie in der DE 197 27 527 C2, deren Offenbarungsgehalt in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung aufgenommen werden soll, beschrieben ist, weil sich diese als „IMOS" Reflektoren auf dem Markt befindlichen kubischen Rückstrahler für größte Reichweiten für Reflexsensorsysteme eignen, wobei besonders die in der DE 102 16 579 A1 und EP 1 251 367 B1, deren Offenbarungsgehalt in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung aufgenommen werden soll, beschriebenen IMOS Weitwinkelreflektoren als Reflexfläche vorzuziehen sind, wenn über einen Bogen von weit über 80° hinaus zum Beispiel mit dem HALIOS System der Reflektor beobachtet werden soll. Über die Variation des Reflektors (5) ist es möglich, die Strahlverteilung des Reflexstrahles (7) und auch dessen Intensität zu beeinflussen. So kann der Rauchdetektor für kleinste Beobachtungsräume, zum Beispiel innerhalb einer kleinen Maschine gestaltet werden und auch in großen Werkhallen zur Überwachung von Strecken von über 100 m. Denn über den Reflektor kann der mögliche Abstand zwischen dem Lichtsender (2) und dem Reflektor (5) erheblich variiert werden. Diesen Vorteil erhält der Rauchdetektor dadurch, dass er eben nicht das bisherige Sensorsystem verwendet, dass Reflexionen detektiert, sondern sein neuartiges System, dass zunächst darauf beruht, dass das verwendete Messsystem einen ständigen Messstrahl aussendet und auch ständig als Reflexion empfängt.

Damit der Rauchdetektor durch langsames Verstauben in Folge von Staubablagerungen nicht seine Funktion verliert oder durch Alterung der Elektronikbauteile Messwerte verändert, die zu Fehlfunktionen führen könnten, schaltet er regelmäßig zwischen einem Arbeitszyklus und einem Wartungszyklus um.

Besonders gut lässt sich der Arbeitszyklus beschreiben, in dem man das oben genannte HALIOS Prinzip zugrunde legt. Darin wird unter Verwendung einer Kompensations-LED das ausgesandte Signal (6) nachgeregelt, wenn das Reflexionssignals (7) sich verändert hat. Das bedeutet, wird eine Nachregelung im Arbeitszyklus erforderlich, dann ist der Strahlengang gestört worden, zum Beispiel durch Rauch oder Rauchteilchen. Der Rauchdetektor löst Alarm aus. Aber der Arbeitszyklus hat einen Toleranzbereich, in dem er nicht nachregel, das bedeutet, der Arbeitszyklus ist abhängig von der Störgröße. Nur ab einer bestimmten Störgröße wird Alarm ausgelöst.

Im Wartungszyklus werden die Alterungen der elektronischen Bauteile und die Veränderungen auf dem Reflektor (5), zum Beispiel durch geringe Staubablagerungen kompensiert. Denn der Arbeitszyklus wird unterbrochen. In dem Wartungszyklus wird der Messelektronik erlaubt, auch unterhalb des Schwellenwertes, der bei Überschreiten einen Alarm auslösen würde, sich nachzuregeln. Das bedeutet, der Rauchdetektor findet durch Nachregeln einen neuen Gleichgewichtszustand. Das Nachregeln im Wartungszustand führt nicht zum Alarm. Außerdem kann vor der Einmessung im Wartungszustand ein Rüttler oder ein Gebläse den abgelagerten Staub aus dem Rauchdetektor entfernen. Bei sehr kleiner Bauweise wird vorgeschlagen, als Gebläse eine Mikropumpe zu verwenden. Diese benötigt wenig Energie, so dass auch batteriebetriebene erfindungsgemäße Rauchdetektoren sich selbst reinigen können während des Wartungszykluses.

Dieser hier beschriebene Rauchdetektor löst also grundsätzliche Probleme der Detektion von Rauch. Er ist durch Fremdlicht nicht zu stören. Er ist besonders bei der Verwendung des HALIOS Messprinzips während des Arbeitszyklusses sehr empfindlich gegenüber Rauch und Rauchteilchen, weil jede Veränderung des reflektierten Strahles (7) dann zu einem Nachregeln führen würde, wenn die Veränderung ausserhalb des Toleranzbereiches liegen würde. In der Wartungsphase hingegen gibt es keinen Toleranzbereich, sondern es wird zwingend nachgeregelt, um ein neues Gleichgewicht des Messsystems zu finden. Dieses neu eingeregelte Gleichgewicht dient als Startbedingung für den folgenden neuen Arbeitszyklus. Der neuartige Rauchdetektor hat auch kein Problem mehr mit unerwünschten Reflexionen seines Sendesignals (6) innerhalb seines Gehäuses (8). Denn er erkennt diese Reflexionen als von ihm ausgesandt und als Teil seiner Empfangsmessung im Lichtempfänger (3). Der Rauchmelder braucht im Gehäuse keinen Dunkelraum wie bisher, keinen Fremdlichtschutz und keine Maßnahmen zur Unterdrückung von Reflexionen. Der Rauchdetektor kann sich in der Wartungsphase von Staubablagerungen selbst befreien, kann sich langsam voranschreitenden Veränderungen seiner Umgebungssituation und/oder Alterung und Leistungsabnahme von Elektronikbauteilen anpassen durch das Nachregeln während des Wartungszyklusses.

Es wird vorgeschlagen, dass der Rauchdetektor seinen Arbeitszyklus und/oder Wartungszyklus durch zum Beispiel eine LED anzeigt. Besonders geeignet ist es, dass der Rauchdetektor nach einer vorgegebenen Zahl von Wartungszyklen ein Signal gibt zur händischen Wartung durch einen Wartungsfachmann. So ist eine dauerhafte Sicherheit durch den Rauchdetektor möglich.

Es zeigt die

1 den erfindungsgemäßen Rauchdetektor (1), bestehend aus dem Lichtsender (2), dem Lichtempfänger (3), der Elektronik (4), die die Regelung, als „R" gekennzeichnet, für den Arbeitszyklus und dem Wartungszyklus enthält, und einem Reflektor (5). Der Lichtsender (2) sendet ein Lichtsignal (6) auf den Reflektor (5).

Das Lichtsignal wird von dem Reflektor (5) als Reflexionssignal (7) zum Lichtempfänger (3) reflektiert. Das empfangene Lichtsignal (7) wird von der Elektronik (4) ausgewertet. Die beschriebene Sensoranordnung ist in einem Gehäuse (8) untergebracht. Das Gehäuse besitzt Öffnungen (9), die den Raucheintritt ermöglichen.

Tritt Rauch durch die Öffnungen (9) in das Gehäuse (8), so wird der Strahlengang (6) und/oder (7) gestört. Diese Störung wird von dem Lichtempfänger (3) als Intensitätsveränderung des eintreffenden Signals (7) gemessen. Die Elektronik (4) ist so beschaffen, dass sie auch geringste Intensitätsveränderungen des Signals detektieren kann.

Es versteht sich von selbst, dass das oben beschriebene Sensorsystem nicht nur als Rauchdetektor einsetzbar ist. Es sind vielfältige Anwendungsmöglichkeiten denkbar, so z. B. als Lichtschranke für die Detektion von bewegten Gegenständen wie beispielsweise in Produktions- oder Transportprozessen. Die Auswerteelektronik kann so beschaffen sein, dass sie mittels eines Zählers die auftretenden Störungen zählen kann.


Anspruch[de]
Verfahren zur Rauchdetektion, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Lichtsender (2) ein mit fester Taktfrequenz intensitätsmoduliertes Lichtsignal (6) auf einen im Abstand zum Lichtsender (2) angeordneten Reflektor (5) gesandt wird, dass ein Reflexionssignal (7) vom Reflektor (5) zu einem im Abstand zum Reflektor (5) angeordneten Lichtempfänger (3) reflektiert wird und dass mittels einer Auswerteelektronik (4) das Reflexionssignal (7) anhand seiner Taktfrequenz erkannt wird und eine Veränderung der Intensität des Reflexionssignals (7) gegenüber der Intensität des Lichtsignals (6) gemessen wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Alarm ausgelöst wird, wenn die Intensität des Reflexionssignals (7) sich um mindestens eine bestimmte Störgröße gegenüber der Intensität des Lichtsignals (6) verändert hat. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsignal (6) nachgeregelt wird, wenn die Intensität des Reflexionssignals (7) um mindestens die bestimmte Störgröße von seiner Intensität abweicht. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Wartungszyklus die Intensität des Lichtsignals (6) in Abhängigkeit von der Intensität des Reflexionssignals (7) nachgeregelt wird, ohne dass Alarm ausgelöst wird. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Wartungszyklus mittels eines Gebläses oder eines Rüttlers auf dem Reflektor (5) und/oder dem Lichtempfänger (3) und/oder dem Lichtsender (2) abgelagerter Staub entfernt wird. Rauchdetektor gekennzeichnet durch einen Lichtsender (2) zur Aussendung eines mit fester Taktfrequenz intensitätsmodulierten Lichtsignals (6), einen im Abstand zum Lichtsender (2) angeordneten Reflektor (5) zur Reflexion des Lichtsignals (6) als Reflexionssignal (7), einen im Abstand zum Reflektor (5) angeordneten Lichtempfänger (3) für das Reflexionssignal (7) und eine Auswerteelektronik (4) zur Erkennung des Reflexionssignals (7) anhand seiner Taktfrequenz und zur Messung einer Veränderung der Intensität des Reflexionssignals (7) gegenüber der Intensität des Lichtsignals (6). Rauchdetektor nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein den Strahlengang des Lichtsignals (6) und des Reflexionssignals (7) einschließendes Gehäuse (8). Rauchdetektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) Teil einer Gehäusewand ist. Rauchdetektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) ein Retroreflektor, insbesondere mit einer Reflektoroberfläche aus Mikrotripeln, ist. Rauchdetektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) eine Reflektorfolie ist. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch ein Gebläse oder einen Rüttler zur Entfernung von abgelagertem Staub. Verfahren zur Detektion von bewegten Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Lichtsender (2) ein mit fester Taktfrequenz intensitätsmoduliertes Lichtsignal (6) auf einen im Abstand zum Lichtsender (2) angeordneten Reflektor (5) gesandt wird, daßein Reflexionssignal (7) vom Reflektor (5) zu einem im Abstand zum Reflektor (5) angeordneten Lichtempfänger (3) reflektiert wird und dass mittels einer Auswerteelektronik (4) das Reflexionssignal (7) anhand seiner Taktfrequenz erkannt wird und Unterbrechungen des Strahlengangs mittels eines Zählers gezählt werden.






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