EP0880118A2 - Optischer Rauchmelder - Google Patents

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EP0880118A2
EP0880118A2 EP98108717A EP98108717A EP0880118A2 EP 0880118 A2 EP0880118 A2 EP 0880118A2 EP 98108717 A EP98108717 A EP 98108717A EP 98108717 A EP98108717 A EP 98108717A EP 0880118 A2 EP0880118 A2 EP 0880118A2
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light
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receiver
smoke detector
transmitter
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Thomas Hochhauser
Stefan Günther
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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
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • G08B17/107—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke
    • G—PHYSICS
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    • G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G08B17/113—Constructional details

Definitions

  • the invention relates to an optical smoke detector according to the backscatter principle according to the preamble of the claim 1.
  • Optical smoke detectors are preferably considered automatic Fire detectors used for the early detection of fires. Because of Their early warning features are among the many common types of automatic fire detectors are outstanding Meaning as they are best able to fire in to recognize their development phase. This allows fire fighting measures initiated early and effectively will.
  • optical smoke detectors With optical smoke detectors, the optical properties of particles and aerosols to identify the fire parameter Smoke used.
  • Smoke detectors the principle of Scattering of light from the particles in a measuring chamber and take advantage of aerosols are used as scattered light smoke detectors designated.
  • the angle is used for scattered-light smoke detectors between the direction of propagation of a light transmitter and the optical axis of a light receiver for type differentiation. If the angle is less than 90 °, it is a forward-scattering optical smoke detector. At a An angle that is greater than 90 ° is one backward scattering optical smoke detector.
  • the principle of Backward scattering results compared to the principle of forward scattering a smaller one, but in terms of the type and size of the Smoke particles more evenly scattered light. This attribute makes the backscattering optical smoke detector more practical.
  • Dew in the measuring chamber of the optical smoke detector triggers on both a forward scattering and one backward scattering optical smoke detector due to an increase in stray light a false alarm.
  • EP 0 418 410 describes how with an optical Measuring chamber of an optical smoke detector attached Humidity sensor measured the relative humidity and thus the scattered light measured value is compensated according to a calculation rule will ensure that no false alarm is triggered when condensation occurs becomes.
  • An optical smoke detector is known from DE 43 07 585, at with the help of an optical measuring method the surface of the Optics of the smoke detector for condensation and contamination is examined. Compensate the measurement values obtained the scattered light measurement so that condensation and / or contamination the optical smoke detector does not trigger a false alarm.
  • a radiation smoke detector is known in the radiation from a radiation source an optical fiber is supplied and the signal to be measured via another light guide to a radiation receiver is passed, the two optical fibers in the beam path focusing elements and apertures are available.
  • Further apertures serving as light sump lie outside the Radiation cone and therefore do not lead to an increase in Scattered radiation in the best case.
  • the sensitivity is a disadvantage on contamination of the lenses, because of the then changed the optical conditions, the further apertures in the Radiation cones are and therefore undesirably Contribute to scattered radiation. This problem is not recognized there.
  • the object of the invention is to provide an optical smoke detector the good responsiveness of a backscatter principle working smoke detector to develop, if possible small design an improved immunity of the optics, especially against pollution and condensation, without to use a compensation method.
  • the object is achieved by an optical smoke detector with the characterizing features of the claim 1 solved.
  • those belonging to the light transmitter and the light receiver become Beam paths through in front of the light transmitter and the light receiver arranged panels so limited that the Only intersect the beam paths in one area of the measuring chamber, in which there are no edges or surfaces on which condensation or dirt build up can.
  • This condition also occurs when the lenses are dirty maintain.
  • This additional reflection turns the resulting Interference signal weakened so that in the evaluation of Useful signal due to scattering in an area of overlap of the smoke particles that stop the beam paths can be and so no alarm is triggered.
  • the optical Measuring chamber surrounded by a labyrinth made up of scattering bodies with an L-shaped cross section is arranged so that on rays of light hitting the maze are reflected in this maze and reflected back only weakly into the measuring chamber will.
  • the figure shows a schematic cross section of the optical Smoke detector in top view.
  • a light transmitter 2 for example an infrared emitting light-emitting diode
  • a light receiver 3 for example an infrared-sensitive photo detector, so attached to the edge of the measuring chamber 1 that their optical Cut axes at a backscatter angle 4 that is greater than Is 90 °.
  • Apertures 5 are arranged around an assigned to the light receiver 3 Restrict the receiver beam path 6.
  • the light transmitter 2 screens 7 arranged around one of the light transmitter Restrict 2 assigned transmitter beam path 8.
  • the receiver beam path 6 is also a converging lens 9 mounted in a bracket 10, the bracket 10 together with the panels 5 of the light receiver 3 from one Piece, for example made of plastic.
  • the transmitter beam path 8 and the receiver beam path 6 overlap both in the unpolluted as well as in the dirty case only in an overlap area 11 inside the measuring chamber 1, in which none additional edges and surfaces can be found on which dirt or moisture can precipitate.
  • a smoke particle 12 is generated in this overlap area 11 by the backscattered on it and in the light receiver 3 detected light a useful signal. Dirt or moisture can only be reflected in the measuring chamber 1 that light backscattered thereon at least one further reflection must experience on a surface of the measuring chamber 1 in which this light is weakened to be detected in the light receiver 3 to become.
  • the interference signal generated by this is opposite the useful signal weakened due to the additional reflection, so that already through the arrangement according to the invention a large useful / interference signal distance is ensured.
  • the light transmitter 2 and the light receiver 3 are connected to a control unit 15 connected, which controls both the light transmitter 2 reads the data from the light receiver 3, evaluates and possibly an alarm message to a not represented center transmitted.
  • the measuring chamber 1 is in the form of an opening to the outside known smoke guide star 16 equipped for this ensure that the optical smoke alarm for smoke from everyone Directions is equally sensitive.
  • This design makes an optical smoke detector with good Response behavior based on the backscatter principle been made insensitive to precipitation from pollution or moisture is designed.

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Abstract

Bisher wird das Problem des Feuchtigkeitsniederschlags in optischen Rauchmeldern nach dem Rückstreuprinzip durch eine zusätzliche Bestimmung des Feuchtigkeitsniederschlags mit Hilfe zusätzlicher Lichtquellen oder Feuchtigkeitssensoren gelöst. Der erfindungsgemäße optische Rauchmelder soll ohne Kompensationsmechanismen auskommen, und dennoch unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit oder Verschmutzung sein.
Die optischen Strahlengänge (6,8) des Lichtempfängers (3) und des Lichtsenders (2) werden durch Blenden (5,7) derart eingeschränkt, daß sie sich nur in einem Überlappungsbereich (11) in der optischen Meßkammer (1) überlagern. Dadurch ist sichergestellt, daß Licht, welches an einer Verschmutzung oder Feuchtigkeit rückgestreut wird, eine zusätzliche Reflexion und damit eine Signalschwächung erfährt, bevor es im Lichtempfänger (3) detektiert wird.
Gegenüber Feuchtigkeit und Verschmutzung unempfindlicher optischer Rauchmelder ohne Kompensationsmechanismen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Rauchmelder nach dem Rückstreuprinzip gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Optische Rauchmelder werden vorzugsweise als automatische Brandmelder zur Früherkennung von Bränden eingesetzt. Aufgrund ihrer Frühwarneigenschaft haben sie unter den vielen gängigen Typen von automatischen Brandmeldern eine herausragende Bedeutung, da sie am besten in der Lage sind, Brände in ihrer Entstehungsphase zu erkennen. Dadurch können Brandbekämpfungsmaßnahmen frühzeitig und wirkungsvoll eingeleitet werden.
Bei optischen Rauchmeldern werden die optischen Eigenschaften von Partikeln und Aerosolen zur Erkennung der Brandkenngröße Rauch herangezogen. Rauchmelder, die das Prinzip der Lichtstreuung an den in einer Meßkammer befindlichen Partikeln und Aerosolen ausnutzen, werden als Streulichtrauchmelder bezeichnet. Bei Streulichtrauchmeldern dient der Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung eines Lichtsenders und der optischen Achse eines Lichtempfängers zur Typenunterscheidung. Ist der Winkel kleiner als 90°, so handelt es sich um einen vorwärtsstreuenden optischen Rauchmelder. Bei einem Winkel, der größer als 90° ist, handelt es sich um einen rückwärtsstreuenden optischen Rauchmelder. Das Prinzip der Rückwärtsstreuung ergibt gegenüber dem Prinzip der Vorwärtsstreuung ein kleineres, aber bezüglich der Art und Größe der Rauchteilchen gleichmäßigeres Streulicht. Diese Eigenschaft macht den rückwärtsstreuenden optischen Rauchmelder praxisgeeigneter.
Eine Betauung in der Meßkammer des optischen Rauchmelders löst sowohl bei einem vorwärtsstreuenden als auch bei einem rückwärtsstreuenden optischen Rauchmelder wegen einer Störlichterhöhung einen Fehlalarm aus.
Um der Gefahr einer Falschalarmierung aus dem Wege zu gehen, hat man an Einsatzorten, an denen es gelegentlich zur Betauung des optischen Rauchmelders kommen kann (zum Beispiel Produktionshallen, Werkstätten, Tiefgaragen), Wärmemelder eingesetzt oder die optischen Rauchmelder mit einer elektrischen Melderheizung ausgestattet. Wärmemelder haben den Nachteil, daß sie nicht die Frühwarneigenschaften des optischen Rauchmelders besitzen. Nachteilig bei der Melderheizung sind neben den Zusatzkosten die Installation einer gesonderten Energieleitung und der nicht systemkonforme Energieverbrauch.
In EP 0 418 410 ist beschrieben, wie mit einem in der optischen Meßkammer eines optischen Rauchmelders angebrachten Feuchtesensor die relative Luftfeuchtigkeit gemessen und damit der Streulichtmeßwert nach einer Rechenvorschrift so kompensiert wird, daß bei Betauung kein Fehlalarm ausgelöst wird.
Aus DE 43 07 585 ist ein optischer Rauchmelder bekannt, bei dem mit Hilfe einer optischen Meßmethode die Oberflache der Empfangsoptik des Rauchmelders auf Betauung und Verschmutzung untersucht wird. Die dabei gewonnenen Meßwerte kompensieren den Streulichtmeßwert so, daß bei Betauung und/oder Verschmutzung der optische Rauchmelder keinen Fehlalarm auslöst.
Aus WO 84/01650 ist ein optischer Rauchmelder bekannt, der sowohl nach dem Vorwärtsstreu- als auch nach dem Rückwärtsstreuprinzip arbeitet, indem zwei Lichtsender und ein Lichtempfänger so angeordnet sind, daß beide Prinzipien ausgenutzt werden können.
Nachteilig bei allen drei bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist es, daß zum einen ein zusätzlicher apparativer Aufwand durch den Einbau einer zweiten Lichtquelle bzw. eines zusätzlichen Feuchtesensors nötig ist, und andererseits ein aufwendiges Kompensationsverfahren nach der Messung zur Ermittlung der Kenngrößen durchgeführt werden muß.
Aus DE 32 33 368 ist ein Strahlungsrauchmelder bekannt, bei dem einem Meßraum die Strahlung einer Strahlungsquelle über einen Lichtleiter zugeführt wird und das zu messende Signal über einen anderen Lichtleiter zu einem Strahlungsempfänger geleitet wird, wobei im Strahlengang der beiden Lichtleiter fokussierende Elemente und Blenden vorhanden sind. Als Lichtsumpf dienende weitere Blenden liegen außerhalb des Strahlungskegels und führen daher nicht zu einer Erhöhung der Streustrahlung im optimalen Fall. Nachteilig ist die Empfindlichkeit auf Verschmutzungen der Linsen, da durch die dann geänderten optischen Verhältnisse die weiteren Blenden im Strahlungskegel liegen und daher unerwünschterweise zur Streustrahlung beitragen. Dieses Problem ist dort nicht erkannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Rauchmelder mit dem guten Ansprechverhalten eines nach dem Rückstreuprinzip arbeitenden Rauchmelders zu entwickeln, der bei möglichst kleiner Bauform eine verbesserte Störfestigkeit der Optik, vor allem gegenüber Verschmutzung und Betauung, aufweist, ohne eine Kompensationsmethode zu verwenden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen optischen Rauchmelder mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dabei werden die zum Lichtsender und zum Lichtempfänger gehörigen Strahlengänge durch vor den Lichtsender und den Lichtempfänger angeordnete Blenden so eingeschränkt, daß sich die Strahlengänge nur in einem Bereich der Meßkammer überschneiden, in dem keine Kanten oder Flächen vorhanden sind, auf denen sich Feuchtigkeit oder Verschmutzungen niederschlagen können. Auch bei Verschmutzung der Linsen wird dieser Zustand aufrechterhalten. Dadurch ist sichergestellt, daß an in der Meßkammer beispielsweise am Rand niedergeschlagenen Feuchtigkeitstropfen oder Verschmutzungen gestreutes Licht mindestens eine weitere Reflexion an einer zusätzlichen Fläche der Meßkammer erfahren muß, um in den Lichtempfänger zu gelangen. Durch diese zusätzliche Reflexion wird das daraus resultierende Störsignal so geschwächt, daß es in der Auswertung vom Nutzsignal durch Streuung an einem sich im Überlappungsbereich der Strahlengänge aufhaltenden Rauchpartikel unterschieden werden kann und so kein Alarm ausgelöst wird.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die optische Meßkammer von einem Labyrinth umgeben, das aus Streukörpern mit L-förmigem Querschnitt so angeordnet ist, daß auf das Labyrinth treffende Lichtstrahlen in diesem Labyrinth reflektiert und nur stark geschwächt in die Meßkammer zurückreflektiert werden.
Durch die erreichte Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit oder Verschmutzung sind keine Vorrichtungen für zusätzliche Kompensationsmechanismen notwendig. Dadurch läßt sich die Bauform des optischen Rauchmelders sehr klein und preiswert realisieren, da auf die Anbringung eines Feuchtigkeitssensors oder einer zweiten Lichtquelle verzichtet wird.
Anhand der einzigen Figur wird die Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigt die Figur einen schematischen Querschnitt des optischen Rauchmelders in Draufsicht.
In einer Meßkammer 1 sind ein Lichtsender 2, beispielsweise eine infrarotemittierende Leuchtdiode, und ein Lichtempfänger 3, beispielsweise ein infrarotempfindlicher Fotodetektor, so am Rand der Meßkammer 1 angebracht, daß sich ihre optischen Achsen in einem Rückstreuwinkel 4 schneiden, der größer als 90° ist. In Strahlrichtung vor dem Lichtempfänger 3 sind Blenden 5 angeordnet, um einen dem Lichtempfänger 3 zugeordneten Empfängerstrahlengang 6 einzuschränken. Ebenso sind vor dem Lichtsender 2 Blenden 7 angeordnet, um einen dem Lichtsender 2 zugeordneten Senderstrahlengang 8 einzuschränken. In den Empfängerstrahlengang 6 ist zusätzlich eine Sammellinse 9 in einer Halterung 10 angebracht, wobei die Halterung 10 zusammen mit den Blenden 5 des Lichtempfängers 3 aus einem Stück, beispielsweise aus Kunststoff, angefertigt wird. Dadurch ist eine automatische Justierung des Empfängerstrahlengangs 6 sichergestellt. Der Senderstrahlengang 8 und der Empfängerstrahlengang 6 überschneiden sich sowohl im unverschmutzten als auch im verschmutzten Fall nur in einem Überlappungsbereich 11 im Inneren der Meßkammer 1, in dem keine zusätzlichen Kanten und Flächen anzutreffen sind, an denen sich Verschmutzungen oder Feuchtigkeit niederschlagen können. Ein Rauchpartikelchen 12 in diesem Überlappungsbereich 11 erzeugt durch das an ihm rückgestreute und im Lichtempfänger 3 detektierte Licht ein Nutzsignal. Verschmutzungen oder Feuchtigkeit können sich nur so in der Meßkammer 1 niederschlagen, daß daran rückgestreutes Licht mindestens eine weitere Reflexion an einer Fläche der Meßkammer 1 erfahren muß, bei der dieses Licht geschwächt wird, um im Lichtempfänger 3 detektiert zu werden. Das dadurch erzeugte Störsignal ist gegenüber dem Nutzsignal aufgrund der zusätzlichen Reflexion geschwächt, so daß durch die erfindungsgemäße Anordnung bereits ein großer Nutz-/Störsignalabstand sichergestellt ist.
Um störende Reflexionen weiter zu verringern, sind kreisförmig um die Meßkammer herum Streukörper 13 mit L-förmigem Querschnitt derart in einem Labyrinth 14 angeordnet, daß auf die Streukörper 13 einfallendes Licht in dem Labyrinth 14 hin- und herreflektiert wird, und nur ein kleiner Teil des Lichtes wieder zurück in die Meßkammer 1 gestreut wird.
Der Lichtsender 2 und der Lichtempfänger 3 sind an eine Steuereinheit 15 angeschlossen, die sowohl den Lichtsender 2 ansteuert als auch die Daten des Lichtempfängers 3 ausliest, auswertet und gegebenenfalls eine Alarmmeldung an eine nicht dargestellte Zentrale übermittelt.
Die Meßkammer 1 ist mit Öffnungen zum Außenraum in Form eines an sich bekannten Rauchleitsterns 16 ausgestattet, die dafür sorgen, daß der optische Rauchmelder für Rauch aus allen Richtungen gleichmäßig empfindlich ist.
Durch diese Ausführung ist ein optischer Rauchmelder mit gutem Ansprechverhalten nach dem Rückstreuprinzip realisiert worden, der unempfindlich gegen Niederschlag aus Verschmutzung oder Feuchtigkeit ausgelegt ist.

Claims (6)

  1. Optischer Rauchmelder nach dem Rückstreuprinzip mit einer Meßkammer (1), einem Lichtsender (2) mit zugehörigem Senderstrahlengang (8) und einem Lichtempfänger (3) mit zugehörigem Empfängerstrahlengang (6), wobei der Lichtsender (2) und der Lichtempfänger (3) so angeordnet sind, daß die optischen Achsen des Senderstrahlengangs (8) und des Empfängerstrahlengangs (6) sich in der Meßkammer (1) in einem Rückstreuwinkel (4) größer als 90° schneiden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Senderstrahlengang (8) mindestens eine Blende (7) und im Empfängerstrahlengang (6) mindestens eine weitere Blende (5) so angeordnet sind, daß sich der Senderstrahlengang (8) und der Empfängerstrahlengang (6) sowohl im Fall ohne Verschmutzung als auch mit Verschmutzung in einem Überlappungsbereich (11) in der Meßkammer (1) überlagern, in dem keine Kanten oder Flächen vorhanden sind, an denen sich Feuchtigkeit oder Verschmutzungen niederschlagen können.
  2. Optischer Rauchmelder nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Sammellinse (9) im Empfängerstrahlengang (6) zwischen dem Lichtempfänger (3) und der mindestens einen dem Empfängerstrahlengang (6) zugeordneten weiteren Blende (5) angebracht ist.
  3. Optischer Rauchmelder nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Haltevorrichtung (10) für die Sammellinse (9) zusammen mit der mindestens einen dem Empfängerstrahlengang (6) zugeordneten weiteren Blende (5) aus einem Teil angefertigt sind.
  4. Optischer Rauchmelder nach Anspruch 1,2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß Streukörper (13) mit L-förmigen Querschnitt kreisförmig um die Meßkammer (1) herum in einem Labyrinth (14) so angeordnet sind, daß auf die Streukörper (13) einfallendes Licht im Labyrinth (14) so gestreut wird, daß nur ein kleiner Teil in die Meßkammer (1) zurückgestreut wird.
  5. Optischer Rauchmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Lichtquelle (2) eine infrarot emittierende Leuchtdiode und der Lichtempfänger (3) eine infrarotempfindliche Fotodiode ist.
  6. Optischer Rauchmelder nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die mindestens eine dem Senderstrahlengang (8) zugeordnete Blende (7), die mindestens eine dem Empfängerstrahlengang (6) zugeordnete weitere Blende (5) sowie die Streukörper (13) im Labyrinth (14) aus Kunststoff gebildet sind.
EP98108717A 1997-05-20 1998-05-13 Optischer Rauchmelder Expired - Lifetime EP0880118B1 (de)

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