EP0409266A2 - Branddetektor - Google Patents

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EP0409266A2
EP0409266A2 EP90113961A EP90113961A EP0409266A2 EP 0409266 A2 EP0409266 A2 EP 0409266A2 EP 90113961 A EP90113961 A EP 90113961A EP 90113961 A EP90113961 A EP 90113961A EP 0409266 A2 EP0409266 A2 EP 0409266A2
Authority
EP
European Patent Office
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radiation
fire detector
test
thermocouple
signal
Prior art date
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EP90113961A
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English (en)
French (fr)
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EP0409266B1 (de
EP0409266A3 (en
Inventor
Klaus Dipl.-Ing Schierau
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Minimax GmbH and Co KG
Original Assignee
Preussag AG Feuerschutz
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Publication date
Application filed by Preussag AG Feuerschutz filed Critical Preussag AG Feuerschutz
Publication of EP0409266A2 publication Critical patent/EP0409266A2/de
Publication of EP0409266A3 publication Critical patent/EP0409266A3/de
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/12—Actuation by presence of radiation or particles, e.g. of infrared radiation or of ions

Definitions

  • the invention relates to a fire detector with at least one sensor element for detecting the heat emanating from a fire in a room, with an evaluation unit which evaluates the signal emitted by the sensor element and which generates an alarm signal.
  • Such a fire detector is described in DE 25 12 650 C2, which has a sensor element that detects the radiation emitted by a flame. The spectral composition of the radiation is analyzed and an alarm signal is generated depending on the result. Semiconductor components such as photodiodes or photo elements are used as the sensor element. These have the disadvantage that their interfering signal distance, ie the ratio of the useful signal to the interfering signal, decreases sharply with increasing ambient temperature, since at high temperatures their interfering signal is large, for example due to thermal noise, and their sensitivity decreases. The ambient temperature can vary widely when operating fire detectors Fluctuate range.
  • Typical operating temperatures of fire detectors range, for example, from -40 ° C to + 60 ° and higher in the event of a fire, at which the fire detector should still work properly.
  • the response threshold of the useful signal ie the signal that can trigger an alarm, must be greater than the maximum interference signal.
  • thermocouple the comparison point of which is thermally connected to a heat sink, the temperature of which corresponds to the mean temperature of the room.
  • thermocouple generates a voltage depending on the temperature difference between its measuring point and its reference point.
  • the reference junction is connected to a heat sink, which assumes the temperature of the room as a result of heat conduction. Since the heat sink stores heat, short-term temperature fluctuations of the room follow only slowly, so that a temperature is established over time on the heat sink which corresponds approximately to the mean temperature of the room.
  • the measuring point of the thermocouple has a small heat capacity and can Follow temperature changes quickly. Accordingly, the temperature of the measuring point of the thermocouple is influenced by absorption of radiation energy, which emits a heat source, and / or by heating due to heat conduction, for example by thermal convection. In the event of a fire, both types of heat transfer are effective, ie the thermocouple detects parts of both forms of energy. This increases the sensitivity of the fire detector to the known device.
  • thermocouple emits a signal that is proportional to the temperature difference between the reference point and the measuring point, regardless of the absolute temperature.
  • the absolute temperature of the room does not affect the sensitivity of the fire detector.
  • the interference signal from thermocouples is small over a wide temperature range, since their thermal noise is smaller than that from semiconductor components.
  • the fire detector therefore has an almost constant signal-to-noise ratio over its entire operating temperature range. This makes it possible to select the response threshold for detecting a fire accordingly low, so that fires can be detected early. Since, unlike in the prior art, no semiconductor component is used as the sensor element, which is known to have a low limit temperature, the temperature range in which the fire detector can be used is also enlarged compared to the prior art. The consequence of this is that the fire detector remains functional even at high temperatures, for example in the event of a fire, and can provide information about the course of the fire.
  • thermocouples are connected to form a thermopile. This measure increases the sensitivity of the fire detector even further.
  • thermocouple is preceded by an optical filter which is transparent to radiation of a wavelength specific to the fire.
  • the flames emit radiation with a characteristic wavelength that differs from the wavelength of other heat sources.
  • the measures mentioned effectively suppress interference radiation from heat sources, such as incandescent lamps, radiators, etc.
  • the alarm signal can be generated depending on the exceeding of a predetermined threshold value of the signal of the thermocouple and / or depending on the flicker frequency of the signal.
  • the frequency of the radiation emanating from a fire can also be used to distinguish the radiation emanating from a fire from interference radiation.
  • the frequency with which a flame emits radiation is normally in a frequency range from 0.5 to 10 Hz. If the evaluation of the signals from the thermocouple is limited to this frequency range, the interference signal from the interference radiation of other heat sources with deviating frequencies can , such as ambient light with a frequency of 0 Hz or radiation from an incandescent lamp with a frequency of 100 Hz, do not distort the result.
  • the response of the fire detector to fires is even more selective and therefore more reliable.
  • thermocouple which can receive test radiation and which emits a test signal to the evaluation unit which, depending on its size, generates a state signal indicating the functional state of the fire detector, and that A protective glass is connected upstream of the thermocouple and the test sensor, which is broadband transparent to radiation.
  • Fire detectors which among other things also evaluate the radiation for fire detection, are naturally sensitive to contamination, since the radiation is already absorbed by dirt particles before they reach the radiation-sensitive surface of the sensor element. This reduces the sensitivity of the fire detector and, at a certain degree of contamination, the fire detector can no longer function properly. This is also critical because the other electrical functions of the fire detector still work properly when contaminated, so that an electrical test cannot provide any information about the functionality of the tape detector.
  • at least two sensor elements namely the thermocouple and the test sensor, are preceded by a protective glass. This is exposed to the ambient air and can become dirty. The permeability of the protective glass for broadband radiation is determined with the help of the test sensor.
  • thermocouple Its spectral sensitive speed can be in a different wavelength range than the radiation detected by the thermocouple, since it can be assumed that the dirt on the protective glass generally attenuates the incident radiation over a broad band.
  • the fire detector is functional both with regard to its electrical function and with regard to its ability to detect radiation from a fire.
  • the aforementioned embodiment of the invention can be further developed in a sensible manner such that the test radiation is modulated and a demodulator module is provided in the evaluation unit for demodulating the test signal. It is thereby achieved that the signal which is caused by the test radiation differs significantly from the signal of the radiation from other radiation sources.
  • the test signal thus has a high signal-to-noise ratio, so that the degree of contamination of the protective glass can be determined with high reliability.
  • thermopile 16 arranged in the upper circuit branch in FIG. 1 receives radiation 10 through an optical radiation-permeable cover 12, from which an interference filter 14 passes a wavelength range characteristic of a fire.
  • the thermopile 16 has a reference junction which is connected to a heat sink 18. This consists of a heat-storing material, such as ceramic, and is exposed to the ambient temperature of the room. The heat storage causes short-term temperature fluctuations in the room to be averaged out, so that an average temperature Tm is established on the heat sink 18.
  • the measuring point of the thermopile 16 is supplied with the radiation transmitted by the interference filter 14, which heats it. Furthermore, a heat flow 20 with the temperature Tw can also act on the measuring point. This heat flow 20 can arise, for example, as a result of heat convection in the event of a fire and is therefore used in addition to the radiation 10 for fire detection. At the measuring point of the thermopile 16, a temperature T1 thus arises which has arisen from different energy transfer, namely through thermal convection and thermal radiation.
  • the measuring point has a smaller heat capacity than the comparison point thermally connected to the heat sink 18, so that it can follow short-term fluctuations in the radiation 10 and / or the heat flow 20.
  • the temperature difference between the measuring point and the reference point of the thermopile 16 generates after Seebeck effect an electrical voltage, which is amplified by a matching amplifier 22, the impedance of which is matched to the internal resistance of the thermopile 16.
  • the output signal of the adaptation amplifier 22 is fed to an amplifier 24, a frequency analyzer 26 and a differential amplifier 28.
  • Limit modules 30, 32 and 34 are connected downstream of these modules 24, 26, 28.
  • the amplifier 24 and the limit indicator 30 work together in such a way that they emit a signal to a logic module 68 at a predetermined temperature difference between the measuring point and the comparison point of the thermopile 16.
  • the frequency analyzer 26 determines whether a flicker frequency is present in the signal of the thermopile and emits a corresponding signal to the link module 68 via the limit value detector 32.
  • the differential amplifier 28 is used to determine the sign of the temperature change. The sign can again be used to determine whether the temperature of the measuring point of the thermopile 16 is increasing or decreasing. This information can be used to conclude, for example, that the fire has subsided.
  • the lower circuit branch of the fire detector is constructed in the same way as the upper circuit branch, its corresponding components 42 to 64 therefore do not need to be explained in detail except for a few differences.
  • no heat flow acts on the measuring point of the thermopile 46, so that only the radiation energy of the radiation 10 is evaluated.
  • the link module 68 links the signals of the limit indicators 30 to 64 according to predetermined linking rules that are stored in a program block 70.
  • an alarm signal can then be generated at the output 72 of the link module 68, which signals a fire condition when the temperature differences of the heating columns 16 and 46 exceed a predetermined value, the frequency analyzers 26 and 56 signal a certain flicker frequency and when the differential amplifiers 28 and 58 also signals deliver that correspond to a positive slope.
  • the signals of limit value modules 30 to 34 and 60 to 64 are also conceivable, which define a dangerous state.
  • the signals of the modules 24 to 28 and 54 to 58 are also fed to an output module 66 which, after a parallel-serial conversion, transmits them via an output 74 to a control center (not shown). These signals can be further evaluated there.
  • the upper circuit branch according to FIG. 1 is further developed such that two test sensors 82, 84 are arranged next to the thermopile 16.
  • the processing of the signal emitted by the thermopile 16 corresponds to that described in FIG. 1. An exact explanation of this is therefore omitted.
  • the radiation 10 falls on a protective glass 80 which transmits the radiation in a wide wavelength range.
  • the interference filter 14 filters out a fire-specific wavelength range from this wavelength range, which reaches the thermopile 16.
  • Another part of the radiation 10 reaches the test sensors 82 and 84. These are silicon photodiodes whose maximum spectral sensitivity is in the range below 1 micron wavelength of the radiation lies.
  • test sensors are connected in series on their opposite-pole electrodes and connected to a differential amplifier 88, which amplifies the test signal output by sensors 82, 84.
  • the protective glass 80 can become dirty during operation of the fire alarm, which is indicated by a dirt coating 92 in FIG. 2.
  • This dirt coating weakens the intensity of the incident radiation 10 and thereby reduces the sensitivity of the fire detector for the detection of fires.
  • the radiation 10 of the room is mixed with a test radiation 94 having a certain wavelength, which is adapted to the spectral sensitivity of the sensors 82, 84, and a certain intensity.
  • This test radiation 94 is additionally modulated with a frequency.
  • the signal from the test sensors 82, 84 now contains components which originate both from the test radiation 94 and from the spatial radiation 10.
  • the signal is amplified in the differential amplifier 88 and fed to a bandpass filter 90, which serves as a demodulator.
  • the deviation from this limit value is a measure of the attenuation of the total radiation through the protective glass 80.
  • the result of the comparison is then passed on to the transmission module 86 via a digital output of the bandpass filter 90, which forwards it to the central station after a parallel-series conversion.
  • the control center can use this to infer the functionality of the fire detector and appropriate countermeasures initiate.
  • FIG. 2 can be used not only for fire detectors that are equipped with thermocouples or thermopiles, but also for other types of sensor elements that are provided with a protective glass. It is only necessary for this that the test radiation has characteristic differences from the radiation which are evaluated for the detection of a fire. Such characteristic differences can lie in the modulation frequency, in the wavelength of the radiation and in the polarization state of the radiation.

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
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Abstract

Ein Branddetektor enthält mindestens ein Sensorelement (16), das die von einem Brand ausgehende Wärme erfaßt. Das Sensorelement ist als Thermoelement (16) ausgebildet, dessen Vergleichsstelle thermisch mit einer die Wärme speichernden Wärmesenke (18) verbunden ist, deren Temperatur der mittleren Temperatur des Raumes entspricht. Die Temperatur der Meßstelle des Thermoelements wird sowohl durch Absorption von Strahlungsenergie als auch durch Erwärmung infolge Wärmeleitung beeinflußt. Im Brandfall werden vom Thermoelement Energieanteile beider Wärmeübertragungsarten erfaßt, so daß der Branddetektor mit hoher Empfindlichkeit auf Brände reagiert. In einer weiteren Ausführungsform ist nahe dem Thermoelement (16) ein Testsensor angeordnet, der eine Teststrahlung empfängt. Der Testsensor erzeugt ein Testsignal, anhand dessen der Verschmutzungsgrad eines vorgeschalteten Schutzglases erkannt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Branddetektor mit minde­stens einem Sensorelement zum Erfassen der von einem Brand in einem Raum ausgehenden Wärme, mit einer Aus­werteeinheit, die das vom Sensorelement abgegebene Si­gnal auswertet und die ein Alarmsignal erzeugt.
  • Ein derartiger Branddetektor wird in der DE 25 12 650 C2 beschrieben, der über ein Sensorelement verfügt, das die von einer Flamme ausgesandte Strahlung erfaßt . Die spektrale Zusammensetzung der Strahlung wird analysiert und abhängig vom Ergebnis wird ein Alarmsignal erzeugt. Als Sensorelement werden Halbleiterbauelemente wie bei­spielsweise Fotodioden oder Fotoelemente verwendet. Diese haben den Nachteil, daß ihr Störsignalabstand, d.h. das Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal, mit steigender Umgebungstemperatur stark abnimmt, da bei hohen Temperaturen einerseits ihr Störsignal, z.B. in­folge thermischen Rauschens, groß ist und andererseits ihre Empfindlichkeit nachläßt. Die Umgebungstemperatur kann beim Betrieb von Branddetektoren in einem weiten Bereich schwanken. Typische Betriebstemperaturen von Branddetektoren reichen z.B. von -40°C bis +60° und höher im Brandfall, bei denen der Branddetektor noch einwandfrei arbeiten soll. Um Fehlauslösungen über den gesamten Temperaturbereich zu vermeiden, muß die Ansprechschwelle des Nutzsignals, d.h. das Signal, das gerade einen Alarm auszulösen vermag, größer sein als das maximale Störsignal. Dies bedeutet aber, daß die Ansprechempfindlichkeit des Branddetektors niedrig ist und seine Fähigkeit zur frühzeitigen Branderkennung vermindert ist.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen Branddetektor anzugeben, der eine hohe Ansprechempfindlichkeit in einem großen Betriebstemperaturbereich besitzt.
  • Diese Aufgabe wird für einen Branddetektor eingangs ge­nannter Art dadurch gelöst, daß das Sensorelement ein Thermoelement ist, dessen Vergleichsstelle thermisch mit einer die Wärme speichernden Wärmesenke verbunden ist, deren Temperatur der mittleren Temperatur des Rau­mes entspricht.
  • Ein Thermoelement erzeugt abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen seiner Meßstelle und sei­ner Vergleichsstelle eine Spannung. Gemäß der Erfindung ist die Vergleichsstelle mit einer Wärmesenke verbun­den, die infolge Wärmeleitung die Temperatur des Raumes annimmt. Da die Wärmesenke Wärme speichert, folgt es kurzzeitigen Temperaturschwankungen des Raumes nur langsam, so daß sich über der Zeit auf der Wärmesenke eine Temperatur einstellt, die etwa der mittleren Tem­peratur des Raumes entspricht. Die Meßstelle des Thermoelements hat eine kleine Wärmekapazität und kann Temperaturänderungen schnell folgen. Demgemäß wird die Temperatur der Meßstelle des Thermoelements durch Absorption von Strahlungsenergie, die eine Wärmequelle aussendet, und/oder durch Erwärmung infolge Wärme­leitung, beispielsweise durch Wärmekonvektion, beein­flußt. Im Brandfall sind beide Wärmeübertragungsarten wirksam, d.h. das Thermoelement erfaßt Anteile beider Energieformen. Dadurch wird die Empfindlichkeit des Branddetektors gegenüber dem bekannten Gerät erhöht.
  • Das Thermoelement gibt ein Signal ab, das der Temperaturdifferenz zwischen der Vergleichsstelle und der Meßstelle unabhängig von der absoluten Temperatur proportional ist. Dies bedeutet, daß die absolute Tem­peratur des Raumes die Empfindlichkeit des Brand­detektors nicht beeinflußt. Weiterhin ist das Stör­signal von Thermoelementen über einen weiten Temperaturbereich klein, da ihr thermisches Rauschen kleiner ist als das von Halbleiterbauelementen. Der Branddetektor hat daher über seinen gesamten Betriebs­temperaturbereich einen annähernd konstanten Störab­stand. Dadurch wird es möglich, die Ansprechschwelle für das Erkennen eines Brandes entsprechend niedrig zu wählen, so daß Brände frühzeitig erkannt werden können. Da als Sensorelement anders als beim Stand der Technik kein Halbleiterbauelement verwendet wird, das bekannt­lich eine niedrige Grenztemperatur hat, ist auch der Temperaturbereich, in dem der Branddetektor eingesetzt werden kann, gegenüber dem Stand der Technik vergrö­ßert. Dies hat zur Folge, daß der Branddetektor auch bei hohen Temperaturen, beispielsweise im Brandfall, noch funktionstüchtig bleibt und Informationen über den Brandverlauf liefern kann.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekenn­zeichnet, daß mehrere Thermoelemente zu einer Thermosäule zusammengeschaltet sind. Durch diese Maß­nahme wird die Empfindlichkeit des Branddetektors noch weiter gesteigert.
  • Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist dem Thermoelement ein optisches Filter vorgeschaltet, das für Strahlung brandspezifischer Wellenlänge durchlässig ist. Bei einem Brand senden die Flammen Strahlung mit einer charakteristischen Wellenlänge aus, die sich von der Wellenlänge anderer Wärmequellen unterscheidet. Durch die genannten Maßnahmen wird die Störstrahlung von Wärmequellen, wie beispielsweise Glühlampen, Radiatoren, usw., wirksam unterdrückt.
  • Eine andere Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, daß das Alarmsignal abhängig vom Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes des Signals des Thermoelements und/oder abhängig von der Flackerfrequenz des Signals erzeugbar ist. Zur Unter­scheidung der von einem Brand ausgehenden Strahlung ge­genüber einer Störstrahlung kann auch die Frequenz der von einem Brand ausgehenden Strahlung herangezogen wer­den. Die Frequenz mit der eine Flamme Strahlung aussen­det, die sogenannte Flackerfrequenz, liegt normaler­weise in einem Frequenzbereich von 0,5 bis 10 Hz. Be­schränkt sich die Auswertung der Signale des Thermoelements auf diesen Frequenzbereich, so kann das Störsignal der Störstrahlung anderer Wärmequellen mit davon abweichenden Frequenzen, wie beispielsweise das Umgebungslicht mit einer Frequenz von 0 Hz oder die Strahlung einer Glühlampe mit einer Frequenz von 100 Hz, das Ergebnis nicht verfälschen. Bei einer kombi­nierten Auswertung, bei der die Größe des Signals des Thermoelements und das Vorliegen einer Flackerfrequenz Bedingungen für das Erzeugen des Alarmsignals sind, wird das Ansprechen des Branddetektors auf Brände noch selektiver und damit zuverlässiger.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß nahe dem Thermoelement mindestens ein Testsensor angeordnet ist, der eine Teststrahlung empfangen kann und der ein Testsignal an die Auswerte­einheit abgibt, die abhängig von dessen Größe ein den Funktionszustand des Branddetektors angebendes Zu­standssignal erzeugt, und daß dem Thermoelement sowie dem Testsensor ein Schutzglas vorgeschaltet ist, das für Strahlung breitbandig durchlässig ist.
  • Branddetektoren, die unter anderem auch die Strahlung zur Branderkennung auswerten, sind naturgemäß empfind­lich gegen Verschmutzung, da die Strahlung bereits von Schmutzpartikeln absorbiert wird, bevor sie auf die strahlungsempfindliche Fläche des Sensorelements gelan­gen. Die Empfindlichkeit des Branddetektors wird da­durch herabgesetzt, und bei einem bestimmten Verschmutzungsgrad kann der Branddetektor seine Funk­tion nicht mehr ordnungsgemäß erfüllen. Dies ist auch deshalb kritisch, weil die sonstigen elektrischen Funk­tionen des Branddetektors bei Verschmutzung noch ein­wandfrei arbeiten, so daß ein elektrischer Test keinen Aufschluß über die Funktionstüchtigkeit des Band­detektors geben kann. Bei der Weiterbildung werden nun mindestens zwei Sensorelementen, nämlich dem Thermoelement und dem Testsensor, ein Schutzglas vor­geschaltet. Dieses ist der Umgebungsluft ausgesetzt und kann verschmutzen. Die Durchlässigkeit des Schutzglases für breitbandige Strahlung wird mit Hilfe des Testsensors festgestellt. Dessen spektrale Empfindlich keit kann dabei in einem anderen Wellenlängenbereich liegen als die vom Thermoelement erfaßte Strahlung, da davon ausgegangen werden kann, daß der Schmutzbelag auf dem Schutzglas die einfallende Strahlung im allgemeinen breitbandig abschwächt. Anhand der Größe des vom Testsensor abgegebenen Testsignals kann auf die Funktionstüchtigkeit des Branddetektors sowohl hin­sichtlich seiner elektrischen Funktion als auch hin­sichtlich seiner Fähigkeit, Strahlung eines Brandes zu erfassen, geschlossen werden.
  • Die vorgenannte Ausführungsform der Erfindung kann in sinnvoller Weise derart weitergebildet sein, daß die Teststrahlung moduliert ist und in der Auswerteeinheit zur Demodulation des Testsignals ein Demodulatorbaustein vorgesehen ist. Dadurch wird er­reicht, daß sich das Signal, das von der Teststrahlung hervorgerufen wird, deutlich vom Signal der Strahlung anderer Strahlungsquellen unterscheidet. Das Testsignal hat somit einen hohen Störabstand, so daß der Verschmutzungsgrad des Schutzglases mit hoher Zuverläs­sigkeit festgestellt werden kann.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
    • Fig. 1 einen Branddetektor mit zwei Thermosäulen, die Strahlung unter­schiedlicher Wellenlänge erfassen, und
    • Fig. 2 einen Branddetektor mit einer Thermosäule und zwei Testsensoren.
  • In Fig. 1 ist schematisch ein Branddetektor nach der Erfindung dargestellt, der mit zwei als Thermosäulen 16, 46 ausgebildeten Sensorelementen ausgerüstet ist. Die im oberen Schaltungszweig in der Fig. 1 angeordnete Thermosäule 16 empfängt durch eine optische strahlungs­durchlässige Abdeckung 12 eine Strahlung 10, von der ein Interferenzfilter 14 einen für einen Brand charak­teristischen Wellenlängebereich durchläßt. Die Thermosäule 16 hat eine Vergleichsstelle, die mit einer Wärmesenke 18 verbunden ist. Diese besteht aus einem wärmespeichernden Material, wie beispielsweise Keramik, und ist der Umgebungstemperatur des Raumes ausgesetzt. Die Wärmespeicherung bewirkt, daß kurzzeitige Temperaturschwankungen des Raumes ausgemittelt werden, so daß sich auf der Wärmesenke 18 eine mittlere Tempe­ratur Tm einstellt.
  • Der Meßstelle der Thermosäule 16 wird die vom Interferenzfilter 14 durchgelassene Strahlung zu­geführt, die diese erwärmt. Ferner kann auf die Meßstelle auch ein Wärmestrom 20 mit der Temperatur Tw einwirken. Dieser Wärmestrom 20 kann zum Beispiel in­folge der Wärmekonvektion bei einem Brand entstehen und wird daher neben der Strahlung 10 zusätzlich zur Brand­erkennung ausgenutzt. Auf der Meßstelle der Thermosäule 16 stellt sich somit eine Temperatur T1 ein, die durch unterschiedliche Energieübertragung entstanden ist, nämlich durch Wärmekonvektion und Wärmestrahlung.
  • Die Meßstelle hat eine kleinere Wärmekapazität als die mit der Wärmesenke 18 thermisch verbundene Vergleichs­stelle, so daß sie kurzzeitigen Schwankungen der Strah­lung 10 und/oder des Wärmestroms 20 folgen kann. Die Temperaturdifferenz zwischen der Meßstelle und der Vergleichsstelle der Thermosäule 16 erzeugt nach dem Seebeck-Effekt eine elektrische Spannung, die von einem Anpassungsverstärker 22, dessen Impedanz dem Innen­widerstand der Thermosäule 16 angepaßt ist, verstärkt wird. Das Ausgangssignal des Anpassungsverstärkers 22 wird einem Verstärker 24, einem Frequenzanalysator 26 sowie einem Differentialverstärker 28 zugeführt. Diesen Bausteinen 24, 26, 28 sind jeweils Grenzwertmelder 30, 32 bzw. 34 nachgeschaltet. Der Verstärker 24 und der Grenzwertmelder 30 wirken so zusammen, daß sie bei einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen der Meßstelle und der Vergleichsstelle der Thermosäule 16 ein Signal an einen Verknüpfungsbaustein 68 abgeben. Der Frequenzanalysator 26 stellt fest, ob im Signal der Thermosäule eine Flackerfrequenz vorhanden ist und gibt über den Grenzwertmelder 32 ein entspechendes Signal an den Verknüpfungsbaustein 68 ab. Mit Hilfe des Differentialverstärkers 28 wird festgestellt, welches Vorzeichen die Temperaturänderung hat. Anhand des Vor­zeichens kann wiederum festgestellt werden, ob die Tem­peratur der Meßstelle der Thermosäule 16 abnimmt oder zunimmt. Aus dieser Information kann beispielsweise auf ein Abklingen des Brandes geschlossen werden.
  • Der untere Schaltungszweig des Branddetektors ist in gleicher Weise aufgebaut wie der obere Schaltungszweig, seine entsprechenden Bausteine 42 bis 64 müssen daher bis auf wenige Unterschiede nicht näher erläutert wer­den. Ein Unterschied besteht im Interferenzfilter 44, dessen Durchlaßbereich auf eine andere brandspezifische Wellenlänge abgestimmt ist als die des Interferenzfilters 14 des oberen Schaltungszweigs. Fer­ner wirkt auf die Meßstelle der Thermosäule 46 kein Wärmestrom ein, so daß allein die Strahlungsenergie der Strahlung 10 ausgewertet wird. Der Verknüpfungsbaustein 68 verknüpft die Signale der Grenzwertmelder 30 bis 64 nach vorgegebenen Verknüpfungsregeln, die in einem Programmbaustein 70 gespeichert sind. Beispielsweise kann am Ausgang 72 des Verknüpfungsbausteins 68 dann ein Alarmsignal erzeugt werden, das einen Brandzustand signalisiert, wenn die Temperaturdifferenzen der Wärme­säulen 16 und 46 einen vorgegebenen Wert überschreiten, die Frequenzanalysatoren 26 und 56 eine bestimmte Flackerfrequenz signalisieren und wenn ferner die Differentialverstärker 28 und 58 Signale abgeben, die einer positiven Steigung entsprechen. Es sind aber auch andere Verknüpfungen der Signale der Grenzwertbausteine 30 bis 34 und 60 bis 64 denkbar, die einen Gefahrenzu­stand definieren. Die Signale der Bausteine 24 bis 28 sowie 54 bis 58 werden ferner auf einen Ausgabebaustein 66 geführt, der sie nach einer Parallel-­Serienumwandlung über einen Ausgang 74 zu einer Zen­trale (nicht dargestellt) übermittelt. Dort können diese Signale weiter ausgewertet werden.
  • In Fig. 2 ist der obere Schaltungszweig nach der Fig. 1 derart weitergebildet, daß neben der Thermosäule 16 zwei Testsensoren 82, 84 angeordnet sind. Die Verarbei­tung des von der Thermosäule 16 abgegebenen Signals stimmt mit der bei der Fig. 1 beschriebenen überein. Auf eine genaue Erläuterung hierzu wird daher verzich­tet. Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 fällt die Strahlung 10 auf ein Schutzglas 80, welches die Strah­lung in einem breiten Wellenlängenbereich durchläßt. Aus diesem Wellenlängenbereich filtert das Interferenzfilter 14 einen brandspezifischen Wellenlängenbereich aus, der auf die Thermosäule 16 ge­langt. Ein anderer Teil der Strahlung 10 gelangt auf die Testsensoren 82 und 84. Diese sind Silizium-­Photodioden, deren maximale spektrale Emfindlichkeit im Bereich unter 1 Mikrometer Wellenlänge der Strahlung liegt. Es sind jedoch auch andere Typen von Foto­empfängern einsetzbar wie beispielsweise Germanium-­Photodioden, Fotoelemente, etc. Die Testsensoren sind an ihren gegenpoligen Elektroden in Reihe geschaltet und an einen Differenzverstärker 88 angeschlossen, der das von den Sensoren 82, 84 abgegebene Testsignal ver­stärkt.
  • Das Schutzglas 80 kann beim Betrieb des Brandmelders im Laufe der Zeit verschmutzen, was durch einen Schmutz­belag 92 in der Fig. 2 angedeutet ist. Dieser Schmutz­belag schwächt die Intensität der einfallenden Strah­lung 10 und setzt dadurch die Empfindlichkeit des Branddetektors zum Erkennen von Bränden herab. Der Strahlung 10 des Raumes wird bei diesem Ausführungs­beispiel eine Teststrahlung 94 mit einer bestimmten, an die spektrale Empfindlichkeit der Sensoren 82, 84 ange­paßten Wellenlänge sowie einer bestimmten Intensität zugemischt. Diese Teststrahlung 94 wird zusätzlich mit einer Frequenz moduliert. Im Signal der Testsensoren 82, 84 sind nun Anteile enthalten, die sowohl von der Teststrahlung 94 als auch von der Raumstrahlung 10 her­rühren. Das Signal wird im Differenzverstärker 88 ver­stärkt und einem Bandpaßfilter 90 zugeführt, der als Demodulator dient. Dieses filtert den Signalanteil aus, der von der Teststrahlung 94 herrührt und vergleicht diesen mit einem vorgegebenen Grenzwert. Die Abweichung von diesem Grenzwert ist ein Maß für die Schwächung der Gesamtstrahlung durch das Schutzglas 80. Das Ergebnis des Vergleichs wird dann über einen Digitalausgang des Bandpaßfilters 90 an den Übertragungsbaustein 86 weitergegeben, der dieses nach einer Parallel-Serien-­Umwandlung an die Zentrale weiterleitet. Die Zentrale kann daraus auf die Funktionstüchtigkeit des Brandmelders schließen und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten.
  • Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 ist nicht nur für Branddetektoren verwendbar, die mit Thermoelementen oder Thermosäulen ausgerüstet sind, sondern auch für andere Arten von Sensorelementen, die mit einem Schutz­glas versehen sind. Es ist hierzu lediglich erforder­lich, daß die Teststrahlung charakteristische Unter­schiede zu der Strahlung hat, die zur Erkennung eines Brandes ausgewertet werden. Solche charakteristischen Unterschiede können in der Modulationsfrequenz, in der Wellenlänge der Strahlung und im Polarisationsszustand der Strahlung liegen.

Claims (9)

1. Branddetektor mit mindestens einem Sensorelement zum Erfassen der von einem Brand in einem Raum ausgehenden Wärme, mit einer Auswerteeinheit, die das vom Sensorelement abgegebene Signal auswertet und die ein Alarmsignal erzeugt, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Sensorelement ein Thermoelement (16, 46) ist, dessen Vergleichsstelle thermisch mit einer die Wärme speichernden Wärmesenke (18, 48) verbunden ist, deren Temperatur (Tm) der mitt­leren Temperatur des Raumes entspricht.
2. Branddetektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß mehrere Thermoelemente zu einer Thermosäule (16, 46) zusammengeschaltet sind.
3. Branddetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Thermoelement (16, 46) auf einem Träger aus Keramik angeordnet ist, der die Wärmesenke (18) bildet.
4. Branddetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Thermoelement (16, 46) ein optisches Filter (14, 44) vorgeschaltet ist, das nur für Strahlung brandspezifischer Wel­lenlänge durchlässig ist.
5. Branddetektor nach einem der vorhergehenden An­sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Alarm­signal abhängig vom Überschreiten eines vorgegebe­ nen Schwellwertes des Signals des Thermoelements (16, 46) und/oder abhängig von der Flackerfrequenz des Signals erzeugbar ist.
6. Branddetektor nach einem der vorhergehenden An­sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem Thermoelement (16) mindestens ein Testsensor (82, 84) angeordnet ist, der eine Teststrahlung (94) empfangen kann und der ein Testsignal an die Aus­werteeinheit abgibt, die abhängig vom Testsignal ein den Funktionszustand des Branddetektors ange­bendes Zustandssignal erzeugt, und daß dem Thermoelement (16) sowie dem Testsensor (82, 84) ein Schutzglas (80) vorgeschaltet ist, das für Strahlung (10) breitbandig durchlässig ist.
7. Branddetektor nach Anspruch 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß der vom Testsensor (82, 84) er­faßbare Wellenlängenbereich der Strahlung außer­halb des Wellenlängenbereichs der Strahlung (10) im Raum bei Normalbedingungen liegt.
8. Branddetektor nach Anspruch 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Wellenlänge der Teststrahlung (94) dem vom Testsensor(82, 84) erfaßbaren Wellenlängenbereich angepaßt ist.
9. Branddetektor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teststrahlung (94) moduliert ist und in der Auswerteeinheit zur Demodulation des Testsignals ein Demodulatorbaustein (96) vorgesehen ist.
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