Anpassung eines Abtastzeitpunktes einer Abtast-Halte- Schaltung eines optischen Rauchdetektors

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Rauchmeldetechnik. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Signalverarbeitung einer Vorrichtung zum Detek- tieren von Rauch auf der Grundlage von Messungen von gestreu- ter elektromagnetischer Strahlung. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung zum Detektieren von Rauch auf der Grundlage von Messungen von gestreuter elektromagnetischer Strahlung.

Optische bzw. photoelektrische Rauchmelder arbeiten üblicherweise nach dem bekannten Streulichtverfahren. Dabei wird ausgenutzt, dass klare Luft praktisch kein Licht reflektiert. Befinden sich aber Rauchpartikel in einer Messkammer, so wird ein von einer Lichtquelle ausgesandtes Beleuchtungslicht zumindest teilweise an den Rauchpartikeln gestreut. Ein Teil dieses Streulichtes fällt dann auf einen Lichtdetektor, der nicht direkt von dem Beleuchtungslicht getroffen wird. Ohne Rauchpartikel in der Messkammer kann das Beleuchtungslicht den Lichtdetektor nicht erreichen.

Der Lichtdetektor eines optischen Rauchmelders ist typischerweise eine Fotodiode, welche lediglich ein sehr kleines Messsignal liefert. Daher ist der Fotodiode eine elektroni- sehe Verstärkerschaltung nachgeschaltet, welche einen von der Fotodiode bereitgestellten Strom in eine Spannung umwandelt und diese Spannung so verstärkt, dass das Signal mit einem nachfolgenden System weiter verarbeitet werden kann. Das nachfolgende System weist beispielsweise einen Analog zu Digital Konverter und einem Mikrokontroller zur weiteren Signalverarbeitung auf. Verstärkerschaltungen von Fotodioden in optischen Rauchmeldern verwenden mehrheitlich Operationsverstärker, welche auch in spezifischen ASIC (Application Specific Integrated Circuit) Bausteinen und/oder Mikrokontrollern integriert sind. Diese bestimmen nachteilig die Materialkosten und den Stromverbrauch für die Verstärkerschaltung und damit für den gesamten optischen Rauchdetektor.

Der Erfindung liegt die vorrichtungsbezogene Aufgabe zugrunde, einen auf dem Streustrahlungsprinzip basierenden Rauchdetektor zu schaffen, welcher auf preiswerte Weise hergestellt werden kann und zudem einen geringen Stromverbrauch aufweist. Der Erfindung liegt die verfahrensbezogene Aufgabe zugrunde, ein Kalibrierungsverfahren für einen auf dem Streustrahlungsprinzip basierenden Rauchdetektor anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben .

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Detektieren von Rauch auf der Grundlage von Messungen von gestreuter elektromagnetischer Strahlung beschrieben. Die beschriebene Rauchdetektionsvorrichtung weist auf (a) eine Strahlungsquelle zum Aussenden einer Beleuchtungsstrahlung, welche eine zeitliche Abfolge von Strahlungspulsen aufweist, (b) einen Strahlungsdetektor zum Empfangen von Messstrahlung, welche nach einer zumindest teilweise Streuung der Beleuchtungsstrahlung auf den Strahlungsdetektor trifft, (c) eine Verstärkerschaltung zum Verstärken eines Ausgangssignals des Strahlungsdetektors, (d) einen Analog zu Digital Konverter mit einer Abtast-Halte-Schaltung zum Konvertieren eines analogen Ausgangssignals der Verstärkerschaltung in einen digitalen Messwert, und (e) eine Steuereinrichtung, welche mit der Strahlungsquelle und der Abtast-Halte-Schaltung gekoppelt ist. Erfindungsgemäß steuert die Steuereinrichtung die Strahlungsquelle und die Abtast-Halte-Schaltung derart, dass die zeitliche Lage eines Abtastzeitpunktes der Abtast- Halte-Schaltung in Bezug auf einen Strahlungspuls von der Zeitdauer des Strahlungspulses abhängt.

Dem beschriebenen Rauchdetektor liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine zeitliche Verschiebung des analogen Ausgangssignals der Verstärkerschaltung in Bezug auf einen Strah- lungspuls der Strahlungsquelle, die durch eine Variation der Pulsdauer der Beleuchtungsstrahlungspulse entsteht, durch eine entsprechende zeitliche Ansteuerung der Abtast- Halteschaltung kompensiert werden kann. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das analoge Ausgangssignal der Verstärkerschaltung zu einem Zeitpunkt digitalisiert wird, zu dem der Pegel des Ausgangssignals noch nicht sein Maximum erreicht hat oder zu dem der Pegel des Ausgangssignals bereits wieder abgefallen ist. Durch eine Digitalisierung des Ausgangssignals zu einem Zeitpunkt, zu dem dieses zumindest annähernd einen Maximalpegel aufweist, kann ein wichtiger

Beitrag für eine zum einen zuverlässige und zum anderen für eine mit einer geringen Fehlalarmrate behaftete Rauchdetekti- on geleistet werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeitdauer des oder der Strahlungspulse, die von der Strahlungsquelle ausgesendet werden, beispielsweise im Rahmen einer Kalibrierung der beschriebenen Rauchdetektionsvorrichtung angepasst werden kann. Bei einer derartigen Kalibrierung wird üblicherweise ein Abgleich des optischen und/oder des elektronischen Signalweges innerhalb des Rauchdetektors vorgenommen. Dabei wird ein definierter Streukörper in eine Messkammer des Rauchdetektors eingebracht und das digitalisierte Ausgangssignal des Analog zu Digital Konverters erfasst.

Der optische und/oder elektronische Signalweg umfasst beispielsweise die Ansteuerung der Strahlungsquelle durch die Steuereinrichtung, die Effizienz der Strahlungsquelle, die optischen Streubedingungen innerhalb der Messkammer, die Effizienz des Strahlungsdetektors, die Verstärkung der Verstärkerschaltung und die Signalumwandlung des Analog zu Digital Konverters. Sofern bei dem Abgleich eines speziellen Rauchdetektors das digitalisierte Ausgangssignal des Analog zu Digital Konverters beispielsweise infolge einer relativ leuchtschwachen Strahlungsquelle kleiner wäre als vorgesehen, kann dies erfindungsgemäß durch eine Verlängerung der PuIs- dauer der Strahlungspulse kompensiert werden. Sofern beispielsweise infolge einer besonders leuchtstarken Strahlungsquelle das Ausgangssignal des Analog zu Digital Konverters größer wäre als vorgesehen, kann dies durch eine Verkürzung der Pulsdauer der Strahlungspulse kompensiert werden.

Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die zeitliche Lage des Abtastzeitpunktes der Abtast-Halte-Schaltung selbstverständlich auch in Bezug auf einen Steuerpuls für die Strahlungsquelle angepasst werden kann. Steuerpulse für die Strah- lungsquelle sind nämlich zeitlich mit den tatsächlichen

Strahlungspulsen korreliert. Dies hat den Vorteil, dass die gesamte Synchronisation zwischen Steuerpuls und Abtastzeitpunkt in der Steuereinrichtung des Rauchdetektors durchgeführt werden kann.

Die Steuereinrichtung kann den von der Pulsdauer des jeweiligen Strahlungspulses abhängigen Abtastzeitpunkt mittels einer in der Steuereinrichtung hinterlegten Funktion oder mittels einer in der Steuereinrichtung hinterlegten Tabelle ermit- teln.

Die Steuerung der Strahlungsquelle durch die Steuereinrichtung kann ohne Rückkopplung oder mit einer Rückkopplung erfolgen. Im Falle einer Rückkopplung könnte die Steuerein- richtung auch als Regeleinrichtung bezeichnet werden, welche die Strahlungsquelle und/oder das Verhalten der Abtast-Halte- Schaltung regelt. Der Begriff "Steuern" kann in dieser Anmel- dung also sowohl ein rückkopplungsfreies Steuern als auch ein rückkopplungsbehaftetes Regeln bedeuten.

Im Rahmen dieser Anmeldung wird der Begriff "Strahlung" für jede Art von elektromagnetischer Strahlung verwendet. Die elektromagnetische Strahlung kann dabei ein diskretes oder ein kontinuierliches Spektrum mit beliebigen Wellenlängen aufweisen. Die Strahlung kann beispielsweise sichtbares, infrarotes oder ultraviolettes Licht aufweisen. Auch Röntgen- Strahlung oder Mikrowellenstrahlung kann für Streumessungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verstärkerschaltung eine aus diskreten Bauelementen aufgebaute Schaltung. Die diskreten Bauelemente sind dabei insbesondere bipolare passive Bauelemente wie Widerstände und Kondensatoren oder aktive Bauelemente wie einfache Transistoren. Dies bedeutet, dass für die beschriebene Verstärkerschaltung keine integrierten Bausteine wie beispielsweise Operationsverstär- ker oder spezifische ASIC (Application Specific Integrated Circuit) Bausteine verwendet werden.

Der Verzicht auf die Verwendung von integrierten Bauelementen hat den Vorteil, dass die beschriebene Verstärkerschaltung und damit der gesamte Rauchdetektor auf besonders preiswerte Weise hergestellt werden kann. Durch die oben beschriebene Anpassung des Abtastzeitpunktes an die Pulsdauer der Strahlungspulse bzw. an die Pulsdauer der Steuerpulse für die Strahlungsquelle können unerwünschte Artefakte, die im Ver- gleich zu einer auf Operationsverstärkern beruhenden Verstärkerschaltung bei einer diskrete Verstärkerschaltung in stärkerem Maße auftreten können, zumindest weitgehend kompensiert werden .

Neben einer Kostenreduzierung bietet die Verwendung einer diskreten Verstärkerschaltung die Möglichkeit, den Stromverbrauch des gesamten Rauchdetektors zu reduzieren. Dies ist insbesondere bei einem Batterie betriebenen Rauchdetektor von großem Vorteil.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Rauchdetektionsvorrichtung zusätzlich einen Temperatursensor auf, welcher mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist. Die Steuereinrichtung ist dabei ferner eingerichtet die Strahlungsquelle und die Abtast-Halte-Schaltung derart zu steuern, dass die zeitliche Lage eines Abtastzeitpunktes der Abtast-Halte- Schaltung in Bezug auf einen Strahlungspuls zusätzlich von einer von dem Temperatursensor erfassten Temperatur abhängt. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise durch eine gezielte von der Steuereinrichtung veranlasste zeitliche Verschiebung der Abtastzeitpunkte sichergestellt werden kann, dass auch nach einer Temperaturänderung die Abtastung der analogen Ausgangssignale der Verstärkerschaltung stets zumindest annähernd dann erfolgt, wenn das Ausgangssignal einen vergleichsweise hohen Pegel aufweist. Temperaturartefakte können somit auf vorteilhafte Weise eliminiert oder zumindest stark reduziert werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Temperatursensor ein in der Steuereinrichtung integrier- ter Temperatursensor. Dies hat den Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, einen separaten Temperatursensor in oder an dem Rauchdetektor anzubringen und in geeigneter Weise zu verkabeln. Da moderne Mikroprozessoren häufig ohnehin mit einem Temperatursensor ausgestattet sind, ist die Verwendung eines in der Steuereinrichtung integrierten Temperatursensors auch aus ökonomischen Gründen vorteilhaft.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Analog zu Digital Konverter und die Steuereinrichtung mittels eines gemeinsamen integrierten Bauelements realisiert. Das gemeinsame integrierte Bauelement kann beispielsweise ein einfacher Mikroprozessor sein, welcher preiswerter ist als eine separate Steuereinrichtung und ein separater Analog zu Digital Konverter.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Verstärkerschaltung einen Integrator auf.

Die Verwendung eines Integrators hat den Vorteil, dass das Ausgangssignal des Strahlungsdetektors auf einfache Weise verstärkt werden kann. Dabei kann der Integrator als eine und bevorzugt als die erste Stufe einer mehrstufigen Verstärkerschaltung betrachtet werden.

Der Integrator kann bevorzugt durch eine bekannte RC- Schaltung realisiert werden. Dabei wird in bekannter Weise das Ausgangssignal des Strahlungsdetektors durch eine La- dungsakkumulierung auf dem Kondensator integriert. Selbstverständlich muss dabei sowohl die Kapazität des Kondensators als auch der Widerstandswert des ohmschen Widerstandes hinsichtlich der erforderlichen Zeitkonstante an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Abtast-Halte-Schaltung eine Track & Hold Schaltung.

Im Gegensatz zu einer Sample & Hold Schaltung, die bei den meisten Analog zu Digital Konvertern verwendet wird, bleibt bei einer Track & Hold Schaltung das gesamte Netzwerk des Analog zu Digital Konverters für einen längeren Zeitraum zugeschaltet. Dies gilt beispielsweise für den gesamten oder zumindest für einen längeren Zeitabschnitt, in dem das analoge Ausgangssignal der Verstärkerschaltung ansteigt.

Die Track & Hold Schaltung kann beispielsweise unmittelbar nach dem Beginn des Anstiegs des Ausgangssignals der Verstär- kerschaltung zugeschaltet und beim Erreichen des Signal- Maximums wieder abgeschaltet bzw. gelöst werden. Auf diese Weise wird nicht nur das Signalmaximum sondern ein längerer Verlauf des Anstiegs des Ausgangssignals der Verstärkerschaltung zur Erfassung der Stärke des Ausgangssignals verwendet.

Die Track & Hold Schaltung kann einen Kondensator aufweisen, der in bekannter Weise durch das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung aufgeladen wird. Dabei ist dann die auf dem Kondensator akkumulierte Ladung ein direktes Maß für die Stärke des Ausgangssignals der Verstärkerschaltung und damit auch für die Dichte an Rauchpartikeln, die sich in der Mess- kammer befinden.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Last des Analog zu Digital Konverter Netzwerkes, welche im Vergleich zu einer Sample & Hold Schaltung länger zugeschaltet ist, bereits bei der Einstellung des Arbeitspunktes der Verstärkerschaltung berücksichtigt werden kann.

Die Verwendung einer Track & Hold Schaltung hat gegenüber der Verwendung einer üblichen Sample & Hold Schaltung mit einem Sample & Hold Kondensator den Vorteil, dass keine sog. Sample & Hold Spikes entstehen, welche durch die lediglich kurzzeitige Zuschaltung des Sample & Hold Kondensators entstehen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung zum Detektieren von Rauch auf der Grundlage von Messungen von gestreuter elektromagnetischer Strahlung beschrieben. Das Verfahren kann insbesondere mit einem Rauchdetektor des oben genannten Typs durchgeführt werden. Das beschriebene Kalibrierungsverfahren weist auf (a) ein Einstellen einer Pulsdauer einer Strahlungsquelle zum Aussenden einer Beleuchtungsstrahlung, welche eine zeitliche Abfolge von Strahlungspulsen aufweist, die nach einer zumindest teilweisen Streuung der Beleuchtungsstrahlung als Messstrahlung von einem Strahlungsdetektor empfangen werden, und (b) ein Einstellen eines Abtastzeitpunktes einer Abtast- Halte-Schaltung eines Analog zu Digital Konverters, welcher ein analoges Ausgangssignal einer dem Strahlungsdetektor nachgeschalteten Verstärkerschaltung in einen digitalen Messwert konvertiert, in Bezug auf den Beginn und/oder das Ende der Pulsdauer der Strahlungsquelle. Erfindungsgemäß hängt die zeitliche Lage des Abtastzeitpunktes der Abtast- Halte-Schaltung in Bezug auf einen Strahlungspuls von der Zeitdauer des Strahlungspulses ab.

Auch dem beschriebenen Kalibrierungsverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine zeitliche Verschiebung des analogen Ausgangssignals der Verstärkerschaltung, die durch eine Variation der Pulsdauer der Beleuchtungsstrahlungspulse entsteht, durch eine entsprechende zeitliche Ansteuerung der Abtast-Halteschaltung kompensiert werden kann. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Digitalisierung des Ausgangs- Signals zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem dieses zumindest annähernd eine Maximalpegel aufweist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hängt die eingestellte Pulsdauer von einem Referenzmesswert für den digitalen Messwert ab, welcher Referenzmesswert mittels einer Streustrahlungsmessung an einem definierten Streumedium ermittelt wird.

Durch die beschriebene Referenzmessung kann der gesamte optische und elektronische Signalweg innerhalb des Rauchdetektors erfasst werden. Schwankungen von Toleranzen der entsprechenden Komponenten des Rauchdetektors wie Strahlungsquellen-Steuerung, Strahlungsquelle, Messkammer, Strahlungsdetektor, Verstärkerschaltung und Analog zu Digital Konverter (inkl. Abtast-Halteschaltung) können somit durch eine entsprechende Anpassung der Pulsdauer der Strahlungsquelle kompensiert werden. So wird beispielsweise bei einer schwachen Strahlungsquelle, bei einem vergleichsweise wenig effektiven Strahlungsdetektor und/oder bei einem vergleichsweise schwachen Verstärker die Dauer der Strahlungspulse erhöht, um trotzdem ein verlässliches Streustrahlungssignal zu erhalten. Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.

Figur 1 zeigt einen auf dem optischen Streulichtprinzip beruhenden Rauchdetektor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung .

Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung den gesamten optischen und elektronischen Signalweg innerhalb des in Figur 1 dargestellten optischen Rauchdetektors.

Figur 3a zeigt eine Treiberschaltung für eine Lichtquelle des in Figur 1 dargestellten optischen Rauchdetektors.

Figur 3b zeigt eine lediglich diskrete Bauelemente aufweisende Verstärkerschaltung des in Figur 1 dargestellten optischen Rauchdetektors .

Figur 3c zeigt eine Abtast-Halte-Schaltung, welche in der Steuereinrichtung des in Figur 1 dargestellten optischen Rauchdetektors integriert ist. Figur 4 zeigt für den in Figur 1 dargestellten optischen Rauchdetektor einen Vergleich des Zeitverhaltens zwischen der Ansteuerung der Lichtquelle und des Ausgangssignals der Verstärkerschaltung.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass sich in der Zeichnung die Bezugszeichen von gleichen oder von einander entsprechenden Komponenten lediglich in ihrer ersten Ziffer voneinander unterscheiden.

Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf einen Rauchdetektor, welcher das Vorhandensein von Rauch durch das Auftreten einer Streuung von Licht an Rauchpartikeln detektiert. Das Licht kann dabei infrarotes, sichtbares oder ultraviolettes Licht sein. Wie bereits oben dargelegt, kann zur Rauchdetek- tion anstelle von Licht jede Art von elektromagnetischer Strahlung mit beliebigen Wellenlängen verwendet werden.

Figur 1 zeigt einen auf dem optischen Streulichtprinzip beruhenden Rauchdetektor 100. Der Rauchdetektor weist eine Messkammer 110 auf, in welche beispielsweise bei einem Brand Rauch eindringt. Die Messkammer wird auch als Streuvolumen 110 bezeichnet. In der Messkammer 110 befindet sich eine als Fotodiode ausgebildete Lichtquelle 120, welche über eine Steuerleitung 170a mit Steuerpulsen beaufschlagt wird und dementsprechend dazu veranlasst wird, gepulstes Beleuchtungs- licht 120a auszusenden. Ferner ist im Randbereich der Messkammer 110 noch ein als Fotodiode ausgebildeter Lichtdetektor 130 vorhanden, welcher ein Messlicht 130a empfängt, welches nach einer zumindest teilweisen Streuung des Beleuchtungs- lichts 120a an Rauchpartikeln auf den Lichtdetektor 130 trifft. Eine optische Barriere 111 verhindert, dass das Beleuchtungslicht 120a direkt auf den Lichtdetektor 130 trifft.

Dem Lichtdetektor 130 ist eine Verstärkerschaltung 140 nachgeschaltet, welche ein bei einem Lichteinfall auf den Lichtdetektor 130 entstehenden Fotostrom in eine Spannungssignal umwandelt, welches von einer Steuereinrichtung 150 weiter verarbeitet werden kann. Gemäß dem hier dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel ist die Verstärkerschaltung 140, wie nachfolgend anhand von Figur 3b noch genauer beschrieben wird, lediglich aus einzelnen diskreten elektronischen Bauelementen aufgebaut. Operationsverstärker oder ASIC (Application Speci- fic Integrated Circuit) Bausteine sind in der Verstärker- Schaltung 140 aus Kostengründen nicht enthalten.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, sind in der Steuereinrichtung 150 noch eine Abtast-Halte-Schaltung 152 und ein Analog zu Digital Konverter 156 integriert. Diese beiden Komponenten dienen zum Konvertieren eines analogen Ausgangssignals der Verstärkerschaltung 140 in einen digitalen Messwert 156a, welcher in nicht dargestellter Weise weiter verarbeitet werden kann und beispielsweise im Falle der Überschreitung eines gewissen Grenzwertes eine Brandalarmmeldung initiieren kann.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Abtast-Halte-Schaltung als eine Track & Hold Schaltung 152 betrieben. Wie bereits oben in der allgemeinen Erfindungsbe- Schreibung dargelegt, bleibt bei einer Track & Hold Schaltung das gesamte Netzwerk des Analog zu Digital Konverters für einen längeren Zeitraum zugeschaltet. Gemäß dem hier darge- stellten Ausführungsbeispiel wird die Track & Hold Schaltung unmittelbar nach dem Beginn des Anstiegs des Ausgangssignals der Verstärkerschaltung 140 zugeschaltet und beim Erreichen des Signal-Maximums des Ausgangssignals der Verstärkerschal- tung 140 wieder abgeschaltet. Auf diese Weise wird nicht nur das Signalmaximum sondern ein längerer Verlauf des Anstiegs des Ausgangssignals der Verstärkerschaltung zur Erfassung der Stärke des Ausgangssignals verwendet.

Die Steuereinrichtung 150 weist ferner eine Treiberschaltung 170 für die Lichtquelle 120 auf, welche über eine Steuerleitung 170a mit der Steuereinrichtung 150 bzw. mit der Treiberschaltung 170 verbunden ist. Die Treiberschaltung 170 wird nachfolgend anhand von Figur 3a noch genauer erläutert.

Wie aus Figur 1 ferner ersichtlich, weist die Steuereinrichtung 150 außerdem noch eine interne Temperaturmessdiode 158 auf, mit der die Temperatur der Steuereinrichtung 150 und ggf. auch die Temperatur des gesamten Rauchdetektors 100 erfasst werden kann. Alternativ oder in Kombination kann die Temperatur auch noch mit einem externer Temperaturmessfühler 168 erfasst werden. Der externe Temperaturmessfühler 168 kann beispielsweise ein Heißleiter bzw. ein sog. NTC Widerstand sein .

Um einen einwandfreien Betrieb des Rauchdetektors 100 zu gewährleisten, wird vor der Inbetriebnahme eine Kalibrierung vorgenommen. Dabei wird ein in Figur 1 nicht dargestellter definierter Streukörper in die Messkammer 110 eingebracht und das digitalisierte Ausgangssignal 156a des Analog zu Digital Konverters 156 erfasst und mit einem vorgegebenen Response- wert verglichen. Durch die Verwendung eines definierten Streukörpers wird automatisch der gesamte optische und elektronische Signalweg innerhalb des Rauchdetektors erfasst. Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung den gesamten optischen und elektronischen Signalweg innerhalb des optischen Rauchdetektors 100, welcher nunmehr mit dem Bezugszeichen 200 versehen ist. Dieser Signalweg umfasst insbesondere die Ansteuerung der Lichtquelle 220 durch die Steuereinrichtung 250, die Effizienz der Lichtquelle 220, die optischen Streubedingungen innerhalb der Messkammer 210, die Effizienz des Lichtdetektors 230, die Verstärkung der Verstärkerschaltung 240 und die Signalumwandlung des Analog zu Digital Konverters innerhalb der Steuereinrichtung 250.

Sofern bei dem Abgleich festgestellt wird, dass das digitalisierte Ausgangssignal des Analog zu Digital Konverters beispielsweise infolge einer relativ leuchtschwachen Lichtquelle 220 kleiner ist als vorgesehen, wird dies durch eine entsprechende Verlängerung der Pulsdauer der Lichtpulse kompensiert. Sofern beispielsweise infolge einer besonders leuchtstarken Lichtquelle 220 das Ausgangssignal des Analog zu Digital Konverters größer ist als vorgesehen, kann dies durch eine Verkürzung der Pulsdauer der Lichtpulse kompensiert werden.

Dies bedeutet, dass im Gegensatz zu bekannten optischen Rauchdetektoren bei dem hier beschriebenen Rauchdetektor 100 der Abgleich nicht über eine Anpassung der Verstärkung der Verstärkerschaltung 240 sondern über eine Anpassung der

Pulsdauern der von der Lichtquelle 220 ausgesandten Beleuchtungspulse erfolgt.

Um die Einschaltdauer der Lichtquelle 220 innerhalb von vorbestimmten Grenzen zu halten kann die Lichtquelle 220 aus einer Vorselektion von verschiedenen ggf. hinsichtlich ihrer Leuchtkraft unterschiedlich effizienten Lichtquellen mit definierten Lichtleistungen stammen.

Figur 3a zeigt eine Treiberschaltung 370 für die Lichtquelle 120 des in Figur 1 dargestellten optischen Rauchdetektors 100. Die Lichtquelle ist nunmehr mit dem Bezugszeichen 320 versehen .

Die Treiberschaltung 370 weist einen Transistor 372 auf, dessen Kollektor über die Lichtquelle 320, welche bei einem entsprechenden Stromfluss ein Beleuchtungslicht 320a emittiert, mit einer Versorgungsspannung Vcc verbunden ist. Die Basis des Transistors 372 ist über einen ohmschen Widerstand 374 mit einem Eingangssteuersignal Uin verbunden. Der Kollek- tor des Transistors 372 ist über einen ohmschen Widerstand 374 mit Masse GND verbunden.

Bei einem entsprechenden Pegel des Eingangssteuersignals Uin schaltet der Transistor 372 durch und es ergibt sich ein Stromfluss durch die als Leuchtdiode ausgebildete Lichtquelle 320. Die entsprechende Stromstärke durch die Leuchtdiode 320 hängt in bekannter Weise von der Versorgungsspannung Vcc und von dem Widerstand 376 ab.

Figur 3b zeigt eine lediglich diskrete Bauelemente aufweisende Verstärkerschaltung 340, so wie sie gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel für die Verstärkerschaltung 140 des in Figur 1 dargestellten optischen Rauchdetektors 100 verwendet wird. Die diskrete Verstärkerschaltung 340 weist eine Transimpedanz Rl auf, mittels welcher ein Stromfluss durch die Fotodiode 330 in ein primäres Spannungssignal umgewandelt wird. Ein Kondensator Cl dient der Glättung des Spannungssignals. Der Kondensator C2 stellt zusammen mit dem Widerstand R4 einen Strom-Zeit Integrator 342 dar, welcher als erste Verstärkerstufe angesehen werden kann. Die Bereiche der Verstärkerschaltung 340 um die Transistoren Tl, T2 und T3 können als zweite Verstärkerstufe angesehen werden, wobei T2 und T3 eine gesteuerte Stromquelle darstellen.

Wie aus Figur 3b ersichtlich, wird die gesamte Verstärkerschaltung 340 von der Versorgungsspannung Vcc gespeist. Mit dem Bezugszeichen 352 wird eine am Ausgang der Verstärkerschaltung 340 befindliche Abtast-Halte-Schaltung bezeichnet, welche zusammen mit einem nachgeschalteten Analog zu Digital Konverter 356 für eine zuverlässige Umwandlung des analogen Ausgangssignals der Verstärkerschaltung 340 in ein digitales Messsignal sorgt.

Die dargestellte Verstärkerschaltung 340 wie auch deren Ausgang ist auf sehr geringen Stromverbrauch um etwa 3μA bis 5μA ausgelegt. Aus diesem Grund sind die Verstärkerschaltung 340 und auch deren Ausgang nicht in der Lage, elektrische Laständerungen am Ausgang zügig zu kompensieren. Solche Laständerungen können jedoch durch das Zuschalten einer typischen Sample & Hold Eingangsstufe (mit einem niederohmi- gen angebundenen Kondensator) für den Analog zu Digital

Wandler 356 hervorgerufen werden. Damit würde das zu messende analoge Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 340 kurzzeitig durch zumindest einen Spike stark verstimmt werden. Selbstverständlich könnte man die Verstärkerschaltung 340 auch niederohmiger auslegen, dies würde jedoch den Stromverbrauch der Verstärkerschaltung 340 wieder erhöhen.

Um diesen Nachteil zu umgehen und um bei einem geringen Stromverbrauch trotzdem ein Verstimmung des analogen Aus- gangssignals der Verstärkerschaltung 340 zu vermeiden, wird gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel die Abtast- Halte-Schaltung als Track & Hold Schaltung 352 betrieben.

Figur 3c zeigt die als Track & Hold Schaltung betriebene

Abtast-Halte-Schaltung 352, welche in der Steuereinrichtung des in Figur 1 dargestellten optischen Rauchdetektors 100 integriert ist.

Das zentrale Element der Track & Hold Schaltung 352 ist ein

Kondensator 353, der eine Speicherfunktion für die Analogwerte übernimmt, welche an einem Eingang IN der Track & Hold Schaltung 352 anliegen. Dazu kommt ein elektronischer Schalter 355, welche die Abtast- und Haltephase bestimmt. An einem Ausgang OUT stellt die Track & Hold Schaltung 352 das für eine Digitalisierung durch den Analog zu Digital Konverter 356 vorgesehene Signal bereit.

Ist der Schalter 355 geschlossen, wird der Kondensator 353 aufgeladen. Um den Kondensator 355 schnell aufladen zu können, kann der Kondensator 353 eine kleine Kapazität aufwei- sen. Ein Kondensator 353 mit einer geringen Kapazität hat jedoch den Nachteil, dass sich dieser auch schnell entlädt und dadurch die Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung 340 nicht so lange auf dem benötigten Niveau gehalten werden kann .

Der Schalter 355 weist ausgeschalteten Zustand einen hohen Sperrwiderstand auf und die Isolation des Kondensators 353 ist sehr gut. Dadurch kann einer unerwünschten Selbstentladung des Kondensators 353 entgegen gewirkt werden.

Die auf dem Kondensator 353 akkumulierte Ladung ist ein direktes Maß für die Stärke des Ausgangssignals der Verstärkerschaltung 340 und damit auch für die Dichte an Rauchpartikeln, die sich in der Messkammer 110 befinden.

Im Unterschied zu einer Sample & Hold Schaltung, bei der der Schalter 355 lediglich für eine vergleichsweise kurze Zeitspanne geschlossen ist und bei der durch das kurzzeitige Schließen des Schalters 355 unerwünschte Spikes bzw. kurzzei- tige Verstimmungen des zu erfassenden analogen Signals auftreten, wird bei der Track & Hold Schaltung 352 das gesamte Netzwerk des Analog zu Digital Konverters 356 für einen längeren Zeitraum zugeschaltet. Dies gilt beispielsweise für den gesamten oder zumindest für einen längeren Zeitabschnitt, in dem das analoge Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 340 ansteigt . Die Track & Hold Schaltung 352 kann beispielsweise unmittelbar nach dem Beginn des Anstiegs des Ausgangssignals der Verstärkerschaltung 340 durch ein Schließen des Schalters 355 zugeschaltet und beim Erreichen des Signal-Maximums wieder abgeschaltet bzw. gelöst werden. Somit wird auf vorteilhafte Weise nicht nur das Signalmaximum sondern ein längerer Verlauf des Anstiegs des Ausgangssignals der Verstärkerschaltung 340 zur Aufladung des Kondensators 353 und damit zur Erfassung der Stärke des Ausgangssignals verwendet. Unerwünschte Spikes, die, wie oben beschrieben, üblicherweise bei einer Sample & Hold Schaltung auftreten, treten bei der Track & Hold Schaltung 352 nicht auf.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Last des Analog zu Digital Konverters 356, welche im Vergleich zu einer Sample & Hold Schaltung bei der beschriebenen Track & Hold Schaltung 352 länger zugeschaltet ist, bereits bei der Einstellung des Arbeitspunktes der Verstärkerschaltung 340 berücksichtigt werden kann.

Figur 4 zeigt für den in Figur 1 dargestellten optischen Rauchdetektor 100 einen Vergleich des Zeitverhaltens zwischen der Ansteuerung der Lichtquelle (oben) und des Ausgangssig- nals der Verstärkerschaltung 140, 340 (unten).

Wie bereits oben erläutert, erfolgt erfindungsgemäß ein Abgleich des optischen und elektronischen Signalweges innerhalb des Rauchdetektors 100 durch eine geeignete Anpassung der Zeitdauer T der Ansteuerpulse. Da die Beleuchtungspulse zumindest annähernd dem Verlauf der Ansteuerpulse folgen, wird somit durch eine Variation der Zeitdauer T auch die Pulsdauer der Pulse des Beleuchtungslichts variiert.

In dem unteren Diagramm von Figur 4 sind die Verläufe von drei verschiedenen Ausgangssignalen aufgetragen, die sich bei unterschiedlichen Zeitdauern T für einen Ansteuerpuls für die Lichtquelle ergeben. Die durchgezogene Linie 491 stellt dabei das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung bei einer vergleichsweise langen Pulsdauer T dar. Die gestrichelte Linie 492 stellt das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung bei einer mittleren Pulsdauer T dar. Die gestrichelte Linie 493 stellt das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung bei einer vergleichsweise kurzen Pulsdauer T dar.

Wie aus Figur 4 ersichtlich, verschiebt sich das Maximum des jeweiligen Ausgangssignals mit zunehmender Länge des Ansteuerpulses T zeitlich nach hinten. Diese Verschiebung wird erfindungsgemäß dadurch kompensiert, dass der sog. HoId- Zeitpunkt, an dem die eigentliche Analog zu Digital Konvertierung stattfindet, in entsprechender Weise in Bezug zu dem Zeitpunkt tθ, an dem der Ansteuerpuls seine Anstiegsflanke aufweist, nach hinter geschoben wird. Diese Anpassung des Hold-Zeitpunktes erfolgt durch die in Figur 1 dargestellte Steuereinrichtung 150.

Wie ferner aus Figur 4 ersichtlich, wird gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel das Rauchsignal des Rauchdetektors durch eine Differenzbildung zwischen dem Maximum des Ausgangssignals der Verstärkerschaltung zu einem Zeitpunkt t2 und einem Offset-Wert des Ausgangssignals der Ver- Stärkerschaltung zu einem Zeitpunkt tl bestimmt. Dabei wird der Zeitpunkt tl bevorzugt so gewählt, dass die entsprechende Messung des Offset Wertes, welche ebenfalls mittels der Track & Hold Schaltung und mittels des nachgeschalteten Analog zu Digital Konverters erfolgt, in keiner Weise durch die Streu- lichtmessung verfälscht wird.

Es wird darauf hingewiesen, dass auch die Temperatur des gesamten Rauchdetektors 100 und insbesondere die Temperatur der Verstärkerschaltung 140 und/oder der Steuereinrichtung 150 zu einer zeitlichen Verschiebung des Maximums des Ausgangssignals der Verstärkerschaltung betragen kann. Durch eine Erfassung der entsprechenden Temperatur mit der internen Temperaturmessdiode 158 und/oder mit dem externen Temperaturmessfühler 168 kann auch dieser Temperatureinfluss durch eine geeignete Anpassung des Hold-Zeitpunktes kompensiert und somit zu einer zuverlässigen Rauchdetektion beigetragen werden.

Bezugszeichenliste

100 Rauchdetektor 110 Messkammer / Streuvolumen

111 Barriere

120 Strahlungsquelle / Lichtquelle / Leuchtdiode

120a Beleuchtungsstrahlung / Beleuchtungslicht

130 Strahlungsdetektor / Lichtdetektor / Fotodiode 130a Messstrahlung / Messlicht

140 Verstärkerschaltung

150 Steuereinrichtung

152 Abtast-Halte-Schaltung / Track & Hold Schaltung

156 Analog zu Digital Konverter 156a Messwert

158 interne Temperaturmessdiode

168 externer Temperaturmessfühler / NTC

170 Treiberschaltung

170a Steuerleitung

200 Rauchdetektor

210 Messkammer / Streuvolumen

220 Strahlungsquelle / Lichtquelle / Leuchtdiode

230 Strahlungsdetektor / Lichtdetektor / Fotodiode 240 Verstärkerschaltung

250 Steuereinrichtung

270a Steuerleitung

320 Strahlungsquelle / Lichtquelle / Leuchtdiode 320a Beleuchtungsstrahlung / Beleuchtungslicht

330 Strahlungsdetektor / Lichtdetektor / Fotodiode

330a Messstrahlung / Messlicht

340 Verstärkerschaltung

342 Integrator 352 Abtast-Halte-Schaltung / Track & Hold Schaltung

353 Speicherkondensator

355 Schalter 356 Analog zu Digital Konverter

370 Treiberschaltung

372 Transistor

374 Widerstand

376 Widerstand

Vcc VersorgungsSpannung

GND Masse

R Widerstand

T1-T3 Transistor

C1-C6 Kondensator

Rl-RlO Widerstand

IN Eingang

OUT Ausgang

Uin Eingangssteuersignal

491 Ausgangssignal der Verstärkerschaltung bei langer Pulsdauer T

492 Ausgangssignal der Verstärkerschaltung bei mittlerer Pulsdauer T 493 Ausgangssignal der Verstärkerschaltung bei kurzer

Pulsdauer T T Zeitdauer der Ansteuerpulse für Leuchtdiode