DE102015004458B4

DE102015004458B4 - Vorrichtung und Verfahren für einen klassifizierenden, rauchkammerlosen Luftzustandssensor zur Prognostizierung eines folgenden Betriebszustands

Info

Publication number: DE102015004458B4
Application number: DE102015004458.3A
Authority: DE
Inventors: c/o Elmos Semiconductor AG Krücke Ludger
Original assignee: Elmos Semiconductor SE
Current assignee: Elmos Semiconductor SE
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2035-04-01
Also published as: DE102015004458A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Luftzustandssensors umfassend die Schritte
a. Aussenden von Licht durch mindestens einen Sender (H) in Abhängigkeit von einem Sendesignal (S5) in eine erste Übertragungsstrecke (I1, l1') in der Rauch und/oder Dunst und/oder Aerosole und/oder Staub und/oder Partikel und/oder andere Raumluftbelastungen detektiert werden sollen;
b. Empfangen zumindest des auf dem ausgesendeten Licht beruhenden zurückgestreuten und/oder reflektierten Lichts nach Durchlauf durch eine weitere Übertragungsstrecke (I2, I3, l2', l3') durch mindestens einen Empfänger (D),
c. wobei die Übertragungsstrecken (I1, I2, I3, I1‘, I2‘, I3‘) zumindest teilweise im Freiraum außerhalb einer Rauchkammer und/oder des Luftzustandssensors verlaufen;
d. Aussenden von Licht durch mindestens einen Kompensationssender (K) basierend auf einem Kompensationssendesignal (S3) in eine innerhalb des Luftzustandssensors liegende Kompensationsübertragungsstrecke (I4), die sich von der ersten Übertragungsstrecke (I1, l1') unterscheidet;
e. Überlagerndes Empfangen zumindest des ausgesendeten Licht des Kompensationssenders (K) durch den mindestens einen Empfänger (D);
f. Ausgabe eines Empfängerausgangssignals (S0) durch den Empfänger (D) in zumindest teilweiser Abhängigkeit von zumindest einem Teil des zurückgestreuten und/oder reflektierten und/oder transmittierten Lichts;
g. Bewertung mindestens einer Amplitude des mindestens des einen Empfängerausgangssignals (S0) zu zumindest einem Zeitpunkt nach der Aussendung des Lichts durch mindestens eine Verarbeitungseinheit (CT) durch Ermittlung eines quantitativen ersten Bewertungsergebnisses (A₁);
h. Ausregeln des Sendesignals (S5) und/oder des Kompensationssendesignals (S3) durch eine Verarbeitungseinheit (CT), die mit einer oder mehreren der vorhergehenden Verarbeitungseinheiten identisch sein kann, in Amplitude und/oder Verzögerung und/oder Phasenlage zueinander in der Art, dass das Empfängerausgangssignal (S0) bis auf einen Regelfehler und/oder Systemrauschen keine Anteile des Sendesignals (S5) mehr enthält;
i. Ermitteln zumindest einer Amplitude (A₁) des besagten Empfängerausgangssignals (S0) und/oder eines die Amplitude repräsentierenden Signals (S4) als Amplitudenmesswertsignal (AMS₁) zu zumindest einem Zeitpunkt nach der Aussendung des Lichts gegenüber dem Sendesignal (S5) zur Ermittlung der Lichtdämpfung des zurückgestreuten und/oder reflektierten Lichts bezogen auf einen Zeitpunkt der Aussendung des ausgesendeten Lichtes durch mindestens eine Verarbeitungseinheit (CT), die mit einer oder mehreren der vorhergehenden Verarbeitungseinheiten identisch sein kann, wobei der ermittelte Amplitudenwert ein erstes Bewertungsergebnis (A₁) in Form des Amplitudenmesswertsignals (AMS₁) darstellt ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für einen kammerlosen Luftzustandssensor, insbesondere für einen kammerlosen Rauch- und/oder Dunst- und/oder Aerosol- und/oder Staub- und/oder Partikelsensor, sowie ein Verfahren zu dessen Montage.
Luftzustandssensoren werden insbesondere als Rauch- und/oder Dunst- und/oder Aerosol- und/oder Staub- und/oder Partikelmelder und/oder Melder sonstiger Belastungen der Raumluft eingesetzt. In dem folgenden Text kann daher der Begriff Luftzustandssensor stets auch als einer dieser Meldertypen gelesen werden.
Aus der Patentliteratur sind zahlreiche Brand und Flammenmelder bekannt.
Allen diesen Meldern, sofern sie als Rauch- und/oder Dunst- und/oder Aerosol- und/oder Staub- und/oder Partikelmelder fungieren, ist gemeinsam, dass sie über eine Rauchkammer verfügen, die den eigentlichen inneren Messbereich und einer Rauchdiffusionsstrecke umfasst. Die Rauchdiffusionsstrecke hat dabei die Aufgabe, den Rauch in das Innere der Messvorrichtung zu leiten, ohne Licht und oder andere Störgrößen in das Innere des Melders zu lassen. Die Rauchkammer bildet aber einen ästhetischen und architektonischen Nachteil, da es notwendig ist, dass diese Kammer aus der Zimmerdecke hervorspringt.
Darüber hinaus ist es für die Systeme aus dem Stand der Technik schwierig Rauch, Dunst und Partikel korrekt zu unterscheiden. Dies ist insbesondere an solchen Arbeitsplätzen schwierig, an denen solche Belastungen der Luft naturgegeben vorkommen.
Aus der EP 1 039 426 A2 ist ein Rauchmelder ohne Rauchkammer jedoch bekannt. Die dort offenbarte technische Lehre weist jedoch den Nachteil auf, dass die Sensoren durch Umgebungslicht geblendet werden können. Außerdem ist nicht offenbart, wie verhindert wird, dass Bewegungen von Objekten – z.B. Gardinen –, Tieren und Personen zu Fehlalarmen führen.
Für die Kompensation des Umgebungslichts ist die Halios^® Technik bekannt. Ein besonderes Verfahren ist dabei das Halios^®-IRDM Verfahren, das insbesondere in folgenden Schutzrechten und Anmeldungen offengelegt ist:
EP 1 913 420 B1 , DE 10 2007 005 187 B4 , DE 10 2005 045 993 B4 , DE 10 2012 024 597 A1 , DE 10 2013 013 664 B3 , EP 2 631 674 A1 , EP 2 924 466 A1 , EP 2 924 459 A1 , EP 2 924 460 A1 , EP 1 979 764 B8 , EP 1 979 764 B1 , WO 2008 092 611 A
Beim Halios^®-IRDM-Verfahren wird ein Lichtpuls ausgesendet und dessen Lichtlaufzeit ermittelt.
Es handelt sich um eine Spezialform, des allgemeineren HALIOS^®-Verfahrens, das beispielsweise aus den folgenden Offenbarungen bekannt ist:
EP 2 016 480 B1 , EP 2 598 908 A1 , WO 2013 113 456 A1 , EP 2 594 023 A1 , EP 2 653 885 A1 , EP 2 405 283 B1 , EP 2 602 635 B1 , EP 1 671 160 B1 , EP 2 016 480 B1 , WO 2013 037 465 A1 , EP 1 901 947 B1 , US 2012 0 326 958 A1 , EP 1 747 484 B1 , EP 2 107 550 A3 , EP 1 723 446 B1 , EP 1 435 509 B1 , EP 1 410 507 B1 , EP 801 726 B1 , EP 1 435 509 B1 , EP 1 269 629 B1 , EP 1 258 084 B1 , EP 801 726 B1 , EP 1 480 015 A1 , EP 1 410 507 B1 , DE 10 2005 045 993 B4 , DE 4 339 574 C2 , DE 4 411 770 C1 , DE 4 411 773 C2 , WO 2013 083 346 A1 , EP 2 679 982 A1 , WO 2013 076 079 A1 , WO 2013 156 557 A1 , WO 2014 096 385 A1 , DE 10 2014 002 194 A1 , DE 10 2014 002 788 A1 , DE 10 2014 002 486 A1 .
Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, dass

• ein Sender (H), der von einem Sendesignal (S5) gespeist wird, in eine erste Übertragungsstrecke (I1) einspeist und
• diese (I1) an einem zu vermessenden Objekt (O) endet, das das Licht des Senders (H) reflektiert und/oder transmitteiert und
• in eine zweite Übertragungsstrecke (I2) einspeist, die an einem Empfänger (D) endet und
• und ein Kompensationssender (K), der durch ein Kompensationssendesignal (S3) gespeist wird, in eine dritte Übertragungsstrecke (I3) ein Lichtsignal, das ebenfalls an dem Empfänger (D) endet, einspeist und
• dass sich das Objektsignal und das Kompensationssignal im Empfänger überlagern, wobei aus dem Stand der Technik lineare und multiplizierende Überlagerungen bekannt sind, und
• dass das so überlagerte Gesamtsignal durch den Empfänger (D) in ein Empfängerausgangssignal (S0) gewandelt wird und
• dass auf Basis dieses Empfängerausgangssignals (S0) zumindest ein Regler (CT) nun das Sendesignal (S5) und/oder das Kompensationssignal (S3) so ausregelt, dass zumindest für einen bestimmten Spektralbereich die relevanten Anteile des Spektrums Sendesignals (S5) im Empfängerausgangssignal (S0) verschwinden.

Hierzu sei auf die oben aufgeführte Patentliteratur verwiesen.
Ein Halios^®-IRDM-System zeichnet sich dabei zusätzlich dadurch aus,

• dass dabei nicht nur die Amplitude eines Kompensationssignals (S3) und/oder die Amplitude eines Sendesignals (S3) geregelt wird,
• sondern auch die Phase dieser beiden Signale gegeneinander und/oder die Verzögerung zumindest der relevanten Signalanteile dieser beiden Signale gegeneinander geregelt wird.

Eine Verzögerungsregelung wird dabei vorzugsweise dann eingesetzt, wenn das Sendesignal nicht monofrequent sondern bandbegrenzt ist.
Bereits in der EP 1 039 426 A2 wird an bereits an eine Messung der Laufzeit gedacht, ohne deren Verwendung genauer zu spezifizieren.
Schließlich führt eine möglicherweise vorhandene Rauchdiffusionsstrecke zu einer Totzeit, in der der Raum sich bereits mit Rauch füllt und der Melder noch nicht ansprechen kann, da die Rauchkammer noch nicht mit Rauch gefüllt ist.
Aus der US 8 248 253 B2 ist eine Klassifikation von Messsignalen eines Feuermelders bekannt. In der US 8 248 253 B2 wird vorgeschlagen mittels Feature-Extraktion und Mustererkennung ein klassifiziertes Sensorsignal zu erzeugen. Ein solcher Sensor ist aber nicht in der Lage zwischen Situationen zu unterscheiden, die nur zeitweise ähnliche Fehlerbilder hervorrufen. Aus der 3 der US 8 248 253 B2 ist aber bekannt, dass ein Sensorsystem wie das der US 8 248 253 B2 nicht in der Lage ist, Zigarettenrauch von Baumwollbränden sicher zu unterscheiden. Hierfür müssen Änderungen des Empfangssignals durch Personen, Tiere und/oder bewegte Gegenstände hervorgerufen und geeignet ausgewertet werden können. Auch kann ein Verfahren gemäß der US 8 248 253 B2 nicht erkennen, wenn das Brandsignal zwar lange fortbesteht, durch andere Signale aber überlagert wird, also nie der wahrscheinlichste Zustand ist. Solche verdeckten Signale führen bei einem System entsprechend der US 8 248 253 B2 nicht zur Auslösung. Hier ist es erfoderlich ein Verfahren anzugeben, dass nicht nur eine Klassifikation des aktuellen Signals vornimmt, sondern, auch bei schwieriger Unterscheidungslage eine sichere Prognose der Entwicklung erlaubt.
Erfindungsgemäße Aufgabe
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Rauch- und/oder Dunst- und/oder Aerosol- und/oder Staub- und/oder Partikelmelders, also einen Luftzustandssensor, anzugeben, das es ermöglicht, ohne eine Rauchkammer auszukommen und somit die Ansprechzeit des Luftzustandssensors, da dann auch auf die Rauchdiffusionsstrecke verzichtet werden kann, zu verkürzen. Darüber hinaus soll die entsprechende Vorrichtung zwischen Rauch und/oder Dunst und/oder Aerosolen und/oder Stäuben und/oder Partikeln und vorzugsweise auch zwischen unterschiedlichen Klassen derselben unterscheiden können und andere Betriebszustände, wie beispielsweise Änderungen des Empfangssignals durch Personen, Tiere und/oder bewegte Gegenstände erkennen und prognostizieren können.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und einer Vorrichtung nach Anspruch 8 gelöst.
Beschreibung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung führt ein Verfahren zum Betreiben eines Rauch- und/oder Dunst- und/oder Aerosol- und/oder Staub- und/oder Partikelmelders durch. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt somit einen Luftzustandssensor dar. Das ausgeführte Verfahren basiert auf einer optischen Messung der Eigenschaften einer optischen Übertragungsstrecke (I1, I2, I3, I1‘, I2‘, I3‘), die sich typischerweise außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet. Die besagte optische Messung findet in ähnlicher Form zwar auch im Stand der Technik statt, in solchen Vorrichtungen entsprechend dem Stand der Technik wird beispielsweise u.a. mittels eines optischen Senders in der besagten Rauchkammer ein optisches Signal ausgestrahlt, das dann die Rauchpartikel trifft, an diesen gestreut wird und dann auf einen typischerweise nicht in der optischen Abstrahlachse des Senders liegenden Empfänger trifft. Eine Ausnahme bildet hier die in der EP 1 039 426 A2 offenbarte Technik, die jedoch mit den bereits erwähnten Einschränkungen, insbesondere einer mangelhaften Fremdlichtunterdrückung, behaftet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermittelt nicht nur die Amplituden der gemessenen Signale bei einer einzigen optischen Sender- und Empfängerwellenlänge sondern bei verschiedenen Schwerpunktswellenlängen (λ_s1 bis λ_sn) mit mehreren Sendern (H1 bis Hn) und/oder bei verschiedenen Empfängerschwerpunktswellenlängen (λ_d1 bis λ_sm) mit mehreren Empfängern (D1 bis Dm). Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt dabei über eine erste Teilvorrichtung, die Feature-Extraktion (11), die diese Amplituden nach einer Filterung in einer Filtereinheit (FE) auswertet, um Unterscheidungsmerkmale für die Klassifizierung der Substanzen in der Raumluft im Messbereich zu erhalten. Hierbei und im Folgenden stehen n und m jeweils für eine positive Zahl, während i für eine Zahl zwischen 1 und n oder gleich 1 oder n bzw. zwischen 1 und m oder gleich 1 oder m zwischen 1 und n·m oder gleich 1 oder n·m steht. Eine Schwerpunktwellenlänge (λ_s) eines Senders (H) kann beispielsweise als Integral der Wellenlänge des Lichts des Senders (H) multipliziert mit der Intensität des Lichts des Senders (H) integriert über die Wellenlänge geteilt durch das Integral der Intensität des Lichts des Senders (H) integriert über die Wellenlänge definiert werden. Eine Empfängerschwerpunktwellenlänge (λ_d) eines Empfängers (D) kann beispielsweise als Integral der Wellenlänge multipliziert mit der differentiellen und/ oder absoluten Empfindlichkeit integriert über die Wellenlänge geteilt durch das Integral der differentiellen und/oder absoluten Empfindlichkeit integriert über die Wellenlänge definiert werden.
Drei grundlegenden Gedanken des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichen den zuallererst angestrebten Verzicht auf eine Rauchkammer und die Analyse und Bewertung der besagten Belastungen der Raumluft:

A) Der erste Gedanke ist dabei, ein Verfahren anzuwenden, bei dem im Gegensatz zur Vorrichtung der EP 1 039 426 A2 das störende Umgebungslicht so kompensiert wird, dass die Messung mit hinreichender, und gegenüber der EP 1 039 426 A2 verbesserter Genauigkeit durchgeführt werden kann. Durch das Umgebungslicht wird dabei ein Gleichsignal erzeugt, dass in einer Wechselsignalverarbeitung, die sich an einen Empfänger (D) anschließt, herausgefiltert werden kann. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage, im Gegensatz zur Vorrichtung der EP 1 039 426 A2 auch bei massivem Gegenlicht Partikel, beispielsweise auch bei einstrahlenden Flammen, zu erfassen, was ja einen nicht unwahrscheinlichen Gefahrenfall bei einem Brand darstellt. Eine Vorrichtung entsprechend der EP 1 039 426 A2 versagt hier vollkommen.
B) Der zweite Gedanke ist es, die optischen Übertragungsstrecken (I1, I2, I3) zur Charakterisierung der Raumluft außerhalb des Luftzustandssensor (SD) verlaufen zu lassen und gleichzeitig den Detektionsraum, in dem Partikelsignale ausgewertet werden, räumlich durch Auswertung einer gemessenen Lichtlaufzeit und Vergleich mit Maximalwerten zu beschränken. Eine solche Beschränkung sieht die EP 1 039 426 A2 nicht vor und ermöglicht somit auch die Einwirkung von Vorgängen in Weiterentfernten Bereichen. Hierfür ist der Grundgedanke der, dass eine Auswerteeinheit (AE), die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, neben der Amplitude auch die Laufzeit des Lichts auswertet. Berücksichtig die Auswerteeinheit (AE) nur Messwerte, deren Lichtlaufzeit und/oder deren mittlere Lichtlaufzeit in einem bestimmten Intervall zwischen einer minimalen Lichtlaufzeit t_min, die auch Null sein kann, und einer maximalen Lichtlaufzeit t_max liegen, so kommt dass einer solchen Beschränkung des Detektionsraumes des Luftgütesensors gleich. Ein solcherart beschränkter Detektionsraum wird im Folgenden als virtuelle Rauchkammer bezeichnet. Eine Möglichkeit zur Beschränkung ist, dass bei der Messung die Auswerteeinheit (AE) den mittleren Punkt (AR) der Reflektion bzw. Streuung des Lichts des Senders (H) oder der Sender (H1 bis Hn) bestimmt. Liegt eine Rauchbelastung vor, so verringert sich dieser mittlere Abstand zum Luftzustandssensor (SD) in Richtung auf den Luftzustandssensor (SD) zu. Die Laufzeitermittlung dient also im Gegensatz zum Stand der Technik nicht der Charakterisierung der Raumluftbelastungsart, wie beispielsweise in der EP1039426A2 , sondern dem Bestimmen der mittleren Reichweite der Strahlung des Senders (H) oder der Sender (H1 bis Hn) durch die Auswerteeinheit (AE).
C) Der dritte Gedanke ist es, die Raumluftbelastungsart stattdessen beispielsweise über verschiedene Schwerpunktswellenlängen (λ_s1 bis λ_sn) zu bestimmen. Bei einem breitbandigen Sender (H) kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch wellenlängenmäßig selektiv empfangende Empfänger (D1 bis Dm) mit typischerweise jeweils einer Empfängerschwerpunktswellenlänge (λ_d1 bis λ_dm) aufweisen, wobei die Empfänger (D1 bis Dm) entweder von Natur aus selektiv empfangen und/oder jeweils durch eine geeignete Filterscheibe etc. in ihrer spektralen Empfindlichkeit beschränkt werden.

Alle Reflektionen von Lichtsignalen und -pulsen des oder der Sender (H1 bis Hn) mit typischerweise jeweils einer Schwerpunktswellenlänge (λ_s1 bis λ_sn), die nach und/oder vor jeweils einem vorgegebenen Zeitpunkt den oder die Empfänger (D1 bis Dm) mit typischerweise jeweils einer Empfängerschwerpunktswellenlänge (λ_d1 bis λ_dm) erreichen, werden durch die Auswerteeinheit (AE) vorzugsweise ignoriert. Sofern Sende- und Empfangskeulen der Empfänger (D1 bis Dm) und der Sender (H1 bis Hn) unterschiedlich ausgerichtet sind, kann die Akzeptanz von Messwerten auch auf bestimmte Raumwinkelsegmente ggf. zusätzlich beschränkt werden. Auf diese Weise erzeugt die Auswerteinheit (AE) die besagte virtuelle Rauchkammer.
Eine typische Ausprägung eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst daher beispielsweise die schon aus dem Stand der Technik bekannten Schritte

• Aussenden von Licht durch einen Sender (H) in Abhängigkeit von einem modulierten Sendesignal (S5), beispielsweise als Rechteck- und/oder PWM- und/oder PCM- und/oder PFM- und/oder Sinus-Signal und/oder Zufallssignal und/oder Pseudozufallssignal und/oder bandbegrenztes Signal mit zumindest einer Frequenz verschieden von 0Hz moduliert, in eine erste Übertragungsstrecke (I1) die typischerweise und dann im Gegensatz zum Stand der Technik, außerhalb des erfindungsgemäßen Luftzustandssensors (SD) liegt, der das erfindungsgemäße Verfahren durchführt, wobei in der besagten ersten Übertragungsstrecke (I1) Rauch und/oder Dunst und/oder Aerosole und/oder Staub und/oder Partikel detektiert werden sollen, wobei das Licht durch eine zweite Übertragungsstrecke (I2) zu einem Empfänger (D) zurückgestreut und/oder zurückreflektiert wird;
• Empfangen zumindest des zumindest auf dem ausgesendeten Licht des besagten Senders (H) beruhenden und aus der besagten ersten und zweiten Übertragungsstrecke (I1, I2) zurückgestreuten und/oder reflektierten Lichts durch mindestens einen Empfänger (D), der typischerweise Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist;
• Ausgabe eines Empfängerausgangssignals (S0) durch den Empfänger (D) in zumindest teilweiser Abhängigkeit von zumindest einem Teil des besagten zurückgestreuten und/oder reflektierten und/oder transmittierten Lichts des Senders (H);
• Bewertung mindestens einer Amplitude mindestens des einen Empfängerausgangssignals (S0) zu zumindest einem Zeitpunkt nach der Aussendung des Lichts durch den besagten Sender (H) durch mindestens eine erste Verarbeitungseinheit (CT) durch Ermittlung eines quantitativen ersten Bewertungsergebnisses, wobei es sich bei der Verarbeitungseinheit typischerweise um einen Regler handelt und das erste Bewertungsergebnis typischerweise als Regelgröße (S4) vorliegt;
• Ausgabe und/oder Weitergabe des ersten Bewertungsergebnisses und/oder einer daraus abgeleiteten Größe durch eine Ausgabeeinheit (IF), die mit einer der vorgenannten Verarbeitungseinheiten identisch sein kann.

Über diese Schritte hinaus, die im Wesentlichen, abgesehen von der Lage der ersten und zweiten Übertragungsstrecke (I1, I2) außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dem Stand der Technik entsprechen, werden durch eine Auswerteinheit (AE) weitere Schritte durchgeführt, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, die unabhängig voneinander gesehen werden können:

a. Ein erster möglicher Verfahrensschritt einer ersten Variante des Verfahrens, das durch die Auswerteeinheit (AE) durchgeführt wird, umfasst zusätzlich zum Stand der Technik das Durchführen eines Verfahrensschritts zur Kompensation des Umgebungslichtes. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst hierzu eine Verarbeitungseinheit (CT), die diese Kompensation steuert. Hierdurch wird es überhaupt erst möglich, die Messstrecke, also die erste und zweite Übertragungsstrecke (I1, I2) außerhalb der Rauchkammer zu platzieren. Diese Kompensation unterdrückt Gleichanteile und ermöglicht es so, die Verstärkung durch Verstärker (V1 bis Vn) innerhalb der Verarbeitungseinheit (CT) sehr hoch zu wählen und so die Empfindlichkeit des Luftzustandssensors (SD) zu maximieren. Das im Abschnitt [0017] der EP 1 039 426 A2 genannte Verfahren mit einem Synchrondemodulator alleine reicht hierfür nicht aus. Ohne diese Kompensation wäre das Signal-Rauschverhältnis wesentlich schlechter, was wiederum eine Rauchkammer erzwingen würde. Dies trifft insbesondere auch auf die in der EP 1 039 426 A2 beschriebene Vorrichtung zu.
b. Ein zweiter möglicher Verfahrensschritt einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, der von der Auswerteeinheit (AE) durchgeführt wird und genaugenommen eine Verfeinerung des zuvor genannten Verfahrensschrittes ist, umfasst zusätzlich zum Stand der Technik drei Unterverfahrensschritte: • Der erste Unterverfahrensschritt umfasst das Aussenden von Licht durch mindestens einen Kompensationssender (K) basierend auf einem Kompensationssendesignal (S3) in eine Kompensationsübertragungsstrecke (I4), die sich von der ersten und zweiten Übertragungsstrecke (I1, I2) unterscheidet und deren Eigenschaften typischerweise bekannt sind. Dieses Aussenden von Licht durch einen Kompensationssender (K) erfolgt gleichzeitig zur Aussendung des Sendesignals durch einen Sender (H) wenn man von der Modulation absieht. • Der zweite Unterverfahrensschritt umfasst das überlagernde Empfangen zumindest des auf dem ausgesendeten Licht des Kompensationssenders (K) beruhenden Lichts durch den mindestens einen Empfänger (D) wobei die Überlagerung zumindest im Empfänger (D) mit dem aus der besagten ersten und zweiten Übertragungsstrecke (I1, I2) zurückgestreuten und/oder reflektierten Licht des Senders (H) typischerweise linear und/oder multiplizierend erfolgt. • Der dritte Unterverfahrensschritt umfasst das Ausregeln des Sendesignals (S5) und/oder des Kompensationssendesignals (S3) durch die besagte Verarbeitungseinheit (CT) als Teil der Auswerteeinheit (AE), die mit einer oder mehreren der vorhergehenden Verarbeitungseinheiten identisch sein kann. Das Ausregeln sollte dabei für jedes der Signale in Amplitude und/oder Verzögerung und/oder Phasenlage zueinander in der Art erfolgen, dass das Empfängerausgangssignal (S0) bis auf einen Regelfehler und/oder Systemrauschen keine Anteile des Sendesignals (S0) mehr enthält
c. Ein dritter möglicher Verfahrensschritt einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, das durch die Auswerteeinheit (AE) durchgeführt wird, umfasst zusätzlich zum Stand der Technik das Ermitteln zumindest einer Verzögerung zumindest des besagten Empfängerausgangssignals (S0) zumindest eines Empfängers (D) zu zumindest einem Zeitpunkt nach der Aussendung des Lichts gegenüber dem Sendesignal (S5) zur Ermittlung der Lichtlaufzeit des zurückgestreuten und/oder reflektierten Lichts bezogen auf einen Zeitpunkt der Aussendung des ausgesendeten Lichtes durch mindestens eine vierte Verarbeitungseinheit (CT). Die Verarbeitungseinheit, kann, wie schon zuvor, mit einer oder mehreren der vorhergehenden Verarbeitungseinheiten identisch sein. Dabei stellt die durch die Auswerteeinheit (AE) ermittelte Verzögerung ein zweites Bewertungsergebnis dar, das typischerweise Teil eines initialen Feature-Vektor-Signals (S4V) ist, das typischerweise aus mehreren Einzelsignalen besteht und beispielsweise auch Signale für die gemessenen Amplituden umfassen kann. Diese Ermittlung der Lichtlaufzeit ermöglicht es nun der Auswerteeinheit (AE), Laufzeitwerte, die außerhalb eines vorgegebenen Entfernungsintervalls liegen zu ignorieren.

Typischer Weise ist die Verarbeitungseinheit (CT) ein Regler, der die Amplitude und/oder Verzögerung von des Sendesignals (S5) zum Treiben eines Senders (H) und/oder des Kompensationssendesignals (S3) zum Treiben eines Kompensationssenders (K) geeignet ausregelt und ein oder zwei Regelsignale (S4, S4d) ausgibt, wobei typischerweise ein erstes Regelsignal, das Verstärkerausgangssignal (S4), die Amplitude und ein zweites Regelsignal (S4d) die Verzögerung repräsentiert.
Auf diese Weise ermittelt die Auswerteeinheit (AE) mindesten einen Messwert, bevorzugt jedoch zwei oder auch mehr Messwerte in Form des besagten initialen Feature-Vektor-Signals (S4V). Einer der Messwerte ist bevorzugt jeweils ein Amplitudenmesswert (A_i), der in Form eines Amplitudenmesswertsignals (AMS) vorliegt. Der andere der beiden bevorzugten Messwerte ist typischerweise ein Verzögerungsmesswert (T_i) für die typische Verzögerung, der in Form eines Verzögerungsmesswertsignals (VMS) vorliegt. Diese beiden Messwerte stellen dabei die ersten und zweiten Bewertungsergebnisse durch eine oder mehrere der besagten Verarbeitungseinheiten (CT) dar, die die besagten Signale (AMS, VMS) erzeugen. Sofern die Vorrichtung mehr als nur genau einen Sender (H) und/oder mehr als nur genau einen Empfänger (D) aufweist, ist mehr als nur eine Sender/Empfänger-Paarung möglich. Insofern kann bei geeigneter Konstruktion des Systems je Paarung je ein solches Messwerte-Paar (A_i, T_i) in Form eines Messwertsignalpaars durch die entsprechende Verarbeitungseinheit (CT) ermittelt bzw. erzeugt werden.
Die Verzögerungsmesswertsignale (VMS) und die Amplitudenmesswertsignale (AMS) korrespondieren typischerweise mit den besagten Reglersignalen (S4, S4d) und werden als initiales Feature-Vektor-Signal (S4V), das typischerweise ein Datenbus ist, innerhalb der Auswerteeinheit (AE) weiterverarbeitet.
Diese drei Grundvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, die einzeln und/oder in Kombination verwendet werden, können nun verfeinert werden.
In einem weiteren bevorzugten Verfahrensschritt führt beispielsweise die Auswerteeinheit (AE) zusätzlich einen Vergleich eines ersten Bewertungsergebnisses (A_i) in Form eines ersten Amplitudenmesswertsignals (AMS) und/oder eines zweiten Bewertungsergebnisses (T_i) in Form eines Verzögerungsmesswertsignals (VMS) mit zumindest einem oder mehreren vorgegebenen und/oder programmierbaren und/oder sonst wie einstellbaren ersten Schwellwerten in Form von ersten Schwellwertsignalen (a_i, t_i) durch. Die besagte Auswerteeinheit (AE) ermittelt typischerweise ein quantitatives erstes Vergleichsergebnis in Form eines ersten Vergleichsergebnissignals (VES). Das Vergleichsergebnis, das den logischen Inhalt des Vergleichsergebnissignals (VES) darstellt, kann beispielsweise in einer erkannten Klasse von Partikeln und/oder deren Dichte im Detektionsraum bestehen. Ein solches quantitatives Ergebnis kann dabei beispielsweise zum einen eine digitale Zahl und/oder auch eine analoger Wert und/oder eine mittels des Vergleichsergebnissignals (VES) übertragenen Symbolkette, die beispielsweise die erkannte Partikelsorte repräsentiert, und/oder ein Token und/oder eine Signalisierung, beispielsweise einen Alarmton und/oder ein Alarmlicht sein. Typischerweise wird das quantitative erste Vergleichsergebnis als Vergleichsergebnissignal (VES) mittels einer nachrichtentechnischen drahtgebunden und/oder drahtlos kommunizierenden Ausgabeeinheit (IF), die typischerweise Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, an eine Zentrale weitergemeldet. Dieser letzte Verfahrensschritt einer Ausgabe und/oder Weitergabe des ersten Vergleichsergebnisses und/oder einer daraus abgeleiteten Größe durch die besagte Ausgabeeinheit, die mit einer oder mehreren der vorgenannten Verarbeitungseinheiten identisch sein kann, stellt den wesentlichen Schritt zur Nutzbarmachung der Messergebnisse (A_i, T_i) dar. Das Vergleichsergebnissignal ist, wenn es durch einen Regler (CT) ermittelt wird, typischerweise Teil des initialen Feature-Vektor-Signals (S4V).
Wie bereits erläutert, ist es eine wesentliche Aufgabe der Messung der besagten Verzögerung (T_i) des rückgestreuten Lichts gegenüber dem ausgesendeten Licht, die mittlere Entfernung der Reflektion und/oder Streuung am mittleren Reflexionspunkt (AR) vom Luftzustandssensor (SD) festzustellen. Diese Verzögerung wird dabei durch das besagte Verzögerungsmesswertsignal (VMS) repräsentiert. Um nun die besagte virtuelle Rauchkammer berechnen zu können und außerhalb eines definierten Bereichsintervalls liegende Werte verwerfen zu können, ist in einer weiteren Ausprägung der Erfindung als weiterer erfindungsgemäß möglicher Verfahrensschritt eine Bewertung einer besagten Verzögerung (T_i) des Empfängerausgangssignals (S0), also beispielsweise des Pegels auf dem Verzögerungsmesswertsignal (VMS); zu zumindest einem Zeitpunkt nach der Aussendung des Lichts vorgesehen. Die Bewertung der Verzögerung kann dabei schon durch die besagte Verarbeitungseinheit (CT) oder in einer in der Signalkette nachfolgende Teilvorrichtung (FE, 11, 12) erfolgen. Wie zuvor kann dabei die dabei verwendete Verarbeitungseinheit mit einer oder mehreren der vorhergehenden Verarbeitungseinheiten identisch sein kann. Das dabei ermittelte zweite Bewertungsergebnis (T_i) in Form des Verzögerungsmesswertsignals (VMS_i) wird dann, wie zuvor das erste Bewertungsergebnis, durch Ausgabe und/oder Weitergabe des zweiten Bewertungsergebnisses (T_i) und/oder einer daraus abgeleiteten Größe durch eine Ausgabeeinheit, die mit einer oder mehreren der vorgenannten Verarbeitungs- und Ausgabeeinheiten identisch sein kann, weitergeleitet.
An dieser Stelle sei nochmals zur besseren Erläuterung der Nomenklatur erwähnt, dass ein Teil der Verarbeitungseinheit und/oder die ganze Verarbeitungseinheit ein Regler sein kann, wobei dieser als i-ter Regler der Vorrichtung beispielsweise ein Amplituden bezogenes Regelergebnissignal (S4) erzeugt, das ein erstes Bewertungsergebnis (A_i), also das Amplitudenmesswertsignal (AMS_i), darstellen kann. In einem anderen Beispiel erzeugt dieser i-te Regler das besagte Amplituden bezogene Regelergebnissignal (S4) und ein Verzögerung bezogenes Regelsignal (S4d), die das erste Bewertungsergebnis (Ai), also beispielsweise das Amplitudenmesswertsignal (AMS_i), und das zweite Bewertungsergebnis (T_i), also beispielsweise das Verzögerungsmesswertsignal (VMS_i) der i-ten Verarbeitungseinheit, nämlich dieses i-ten Reglers (CT_i), darstellen.
Typischerweise wird hierbei ein Vergleich des zweiten Bewertungsergebnisses (T_i) in Form des Verzögerungsmesswertsignals (VMS_i) mit zumindest einem vorgegebenen und/oder programmierbaren und/oder sonst wie einstellbaren zweiten Schwellwert (t_i) durch mindestens eine sechste Verarbeitungseinheit (CT), die mit einer oder mehreren der vorhergehenden Verarbeitungseinheiten identisch sein kann, durchgeführt, wobei ein zweites Vergleichsergebnis in Form eines zweiten Vergleichsergebnissignals (VES) ermittelt wird. Auch dieses Vergleichsergebnissignal (VES) ist, wenn es erzeugt wird, vorzugsweise wieder Teil des aus mehreren Signalen bestehenden initialen Feature-Vektor-Signals (S4V).
Es ist, wie bereits erwähnt, besonders bevorzugt, wenn die Auswerteeinheit (AE) nur solche Bewertungsergebnisse, die bestimmten Anforderungen genügen, weitergibt. Beispielsweise ist es nicht sinnvoll, wenn ein Luftzustandssensor (SD) permanent eine Bus-Last in einem Netzwerk erzeugt. Daher ist die Ausgabe und/oder Weitergabe des zweiten Vergleichsergebnisses (t_i) und/oder einer daraus abgeleiteten Größe, beispielsweise der erkannten Partikelklasse (39) durch eine Ausgabeeinheit (IF) der Auswerteeinheit (AE), nur dann sinnvoll, wenn diese zweiten Vergleichsergebnisse (t_i) diesen Anforderungen genügen. Beispielsweise soll also die Weitergabe durch die Auswerteeinheit (AE) nur dann erfolgen, wenn tatsächlich Rauch als Partikelklasse (39) als Ergebnis der Partikelklassifikation in der später erläuterten Emissions-Berechnungs-Einheit (12), die Teil der Auswerteeinheit (AE) ist, ermittelt und damit detektiert wird. Die besagte Ausgabeeinheit der Auswerteinheit (AE) kann dabei wieder mit einer oder mehreren der vorgenannten Verarbeitungs- und Ausgabeeinheiten identisch sein.
Selbstverständlich kann es, wie bereits erwähnt, sinnvoll sein, wenn der Strahlengang der Sende- und/oder Empfangskeule des ausgesendeten und/oder empfangenen Lichts durch eine Optik räumlich ausgerichtet wird. Hierzu ist es sinnvoll, wenn eine solche Optik aus Linsen und/oder Blenden und/oder Filtern vor einem oder mehreren Empfängern und/oder Sendern einer erfindungsgemäßen Vorrichtung platziert werden.
Beispielsweise zur Maximierung des Empfängersignals ist es daher sinnvoll, mittels einer solchen Optik eine Projektion zumindest eines Teils des zurückgestreuten und/oder reflektierten Lichts durch eine Optik auf mindestens einen Empfänger und/oder zumindest einen Teil mindestens eines Empfängers vorzunehmen.
Sofern die bereits erwähnten Filter verwendet werden, ist es sinnvoll, wenn eine Filterung zumindest eines Teils des zurückgestreuten und/oder reflektierten Lichts durch einen Filter der für zumindest einen Wellenlängenbereich eine reduzierte Transmissivität aufweist vorgenommen wird. Je nach Messaufgabe kann die Transmissivität des Filters dabei so gewählt werden, dass er beispielsweise bei einer Platzierung im Sendepfad eines Senders (H) nur Licht des jeweiligen Senders (H1 bis Hn) durchlässt, also für mindestens eine Wellenlänge des jeweiligen Senders eine jeweilige Transmissivität aufweist, die größer als 50%, besser größer 60%, besser größer 70%, besser größer 80%, besser größer 90%, besser größer 95%, besser größer 98 ist.
Bei einer Platzierung eines Empfangspfadfilters im Empfangspfad eines Empfängers (D) sollte dieser Empfangspfadfilter nur Licht durchlassen, das der jeweiligen Messaufgabe entspricht, also für mindestens eine zu messende Wellenlänge, beispielsweise eine Wellenlänge des abgestrahlten Lichts eines Senders (H1 bis Hn), eine Transmissivität aufweisen, die größer als 50%, besser größer 60%, besser größer 70%, besser größer 80%, besser größer 90%, besser größer 95%, besser größer 98% ist. Allerdings muss die zu detektierende Wellenlänge jedoch nicht notwendigerweise mit der Schwerpunktswellenlänge (λ_s) eines Senders (H1 bis Hn) übereinstimmen. Vielmehr sind auch Fluoreszenzmessungen denkbar. In dem Fall einer Fluoreszenzmessung ist es vielmehr im Gegensatz dazu wünschenswert, dass die Transmissivität des Empfangspfadfilters für das Licht des Senders eine Transmissivität aufweist, die kleiner als 50% und/oder besser kleiner als 60% und/oder besser kleiner als 70% und/oder besser kleiner als 80% und/oder besser kleiner als 90% und/oder besser kleiner als 95% und/oder besser kleiner als 98% ist.
Eine Variante des durch die Auswerteeinheit (AE) durchgeführten Verfahrens zeichnet sich also dadurch aus, dass der Empfänger (D) in der Lage ist, das Fluoreszenzlicht zu empfangen, wobei er bevorzugt in diesem Fall dann das Licht des Senders (H) nicht empfängt.
Wie bereits erwähnt, ist es wünschenswert, wenn eine Übermittlung des ersten und/oder zweiten Bewertungsergebnisses (A_i, T_i) durch die Auswerteeinheit (AE), als Rohdaten vor der Klassifikation durch die Auswerteeinheit (AE), an ein Netzwerk mittels drahtgebundener und/oder drahtloser Kommunikation durch einen Transceiver, einer Ausgabeeinheit (IF), erfolgt. Theoretisch ist aber auch eine Speicherung von Bewertungsergebnissen und Vergleichsergebnissen in dem Luftzustandssensor (SD) selbst möglich. Dies kann beispielsweise in einem entfernbaren Medium, beispielsweise einer Speicherkarte erfolgen, die dann manuell entfernt wird.
Ein besonders geeignetes Verfahren zur konkreteren Durchführung der Schritte durch die Auswerteeinheit (AE) umfasst zum ersten das Aussenden von Licht durch mindestens einen Sender (H1 bis Hn) bei mehr als mindestens einer Schwerpunktswellenlänge (λ_s1 bis λ_sn) Ein dem jeweiligen Sender (H1 bis Hn) zugeordnetes Sendesignal (S5) steuert dabei die Aussendeintensität des jeweiligen Senders (H1 bis Hn). Des Weiteren umfasst diese Variante das Empfangen zumindest des auf dem ausgesendeten Licht beruhenden zurückgestreuten und/oder reflektierten Lichts durch mindestens einen Empfänger (D) und die Ausgabe eines Empfängerausgangssignals (S0) durch den mindestens einen Empfänger (D) in zumindest teilweiser Abhängigkeit von zumindest einem Teil des zurückgestreuten und/oder reflektierten Lichts. Es folgt wieder eine Bewertung mindestens einer Amplitude mindestens des einen Empfängerausgangssignals (S0) zu zumindest einem Zeitpunkt nach der Aussendung des Lichts durch mindestens eine Verarbeitungseinheit (CT), die Teil der Auswerteeinheit (AE) ist und die mit einer oder mehreren der vorhergehenden Verarbeitungseinheiten identisch sein kann. Die Bewertung erfolgt durch Ermittlung von je mindestens ersten Bewertungsergebnissen (A_i, T_i) für jeweils eine Schwerpunktswellenlänge (λ_s1, λ_s2, λ_s3, λ_s4) mit je einem ersten Bewertungsergebnis (A_i) in Form je eines Amplitudenmesswertsignals (AMS₁, AMS₂, AMS₃, AMS₄) für die Amplitude und je einem zweiten Bewertungsergebnis (T_i) in Form je eines Verzögerungsmesswertsignals (VMS₁, VMS₂, VMS₃, VMS₄) für die Verzögerung. Verwendet das System also beispielsweise vier Sender (H1, H2, H3, H4) mit je einer anderen Schwerpunktswellenlänge (λ_s1, λ_s2, λ_s3, λ_s4) beispielsweise rot, gelb, grün, blau so erhält man acht Bewertungsergebnisse (A₁, T₁, A₂, T₂, A₃, T₃, A₄, T₄) mit jeweils vier Amplituden (A₁, A₂, A₃, A₄) und vier Verzögerungen (T₁, T₂, T₃, T₄) als zugehörige Messwertsignale (AMS₁, AMS₂, AMS₃, AMS₄, VMS₁, VMS₂, VMS₃, VMS₄). Als zweites Beispiel kann das System auch mehrere spezifische Empfänger (D1, D2, D3, D4) mit jeweils zugeordneten Empfängerschwerpunktswellenlängen (λ_d1, λ_d2, λ_d3, λ_d4) verwenden und einen wellenlängenmäßig breitbandigen ersten Sender (H1), der alle vier Empfänger (D1, D2, D3, D4) ansprechen kann. Auch hier werden wieder insgesamt acht Messwerte (A₁, T₁, A₂, T₂, A₃, T₃, A₄, T₄) als zugehörige Messwertsignale (AMS₁, AMS₂, AMS₃, AMS₄, VMS₁, VMS₂, VMS₃, VMS₄). ermittelt. Werden nun vier Sendermit vier verschieden Schwerpunktwellenlängen (λ_s1, λ_s2, λ_s3, λ_s4) und vier Empfänger mit vier verschiedenen Empfängerschwerpunktswellenlängen (λ_d1, λ_d2, λ_d3, λ_d4) verwendet, so steigert sich die Anzahl der Paarungen auf 16. Damit erhält man dann 32 Messwerte und 32 Messwertsignale usw.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass je nach räumlicher Anordnung von Sendern (H) und Empfängern (D) das Reflexionsvermögen, das Transmissionsvermögen und die Streuung in der Übertragungsstrecke (I1, I2) bestimmt werden können. Hierzu wird die Nutzungssituation bedacht: In dem Gedankenexperiment befinde sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Luftzustandssensor (SD) an der Decke (CE) eines Wohnraumes. Die Sende- und Empfangskeulen von erstem Sender (H1) und ersten Empfänger (D1) zeigen senkrecht nach unten von der Decke (CE) weg. Sofern sich kein Rauch (SM) und/oder Dunst oder ähnliches im Raum befindet, bestrahlt der erste Sender (H1) den Boden (FL) oder ein Objekt, das sich unmittelbar unter dem Luftzustandssensor (SD) befindet. Hierdurch ergibt sich ein definierter Signaluntergrund. Sofern nun der Raum, durch welchen Vorgang auch immer mit Rauch geflutet wird, verändert sich die mittlere Lichtlaufzeit von der Aussendung zum Empfang, da die rückstrahlenden Rauchpartikel sich zwischen dem bisher bestrahlten Objekt und dem Luftzustandssensor (SD) befinden. Hierdurch verkürzt das Auftreten von Rauch die mittlere Lichtlaufzeit von Aussendung bis zu Empfang. Das Licht wird im Mittel an einen mittleren Reflexionspunkt (AR) reflektiert. Gleichzeitig wird mehr Licht gestreut. Es ändert sich Amplitude und Laufzeit des Lichts. Ist der erste Empfänger (D1) nun in der Nähe des ersten Senders (H1) so platziert, dass seine Empfangskeule parallel zu der Sendekeule des Senders (H1) und überlappend mit dieser ausgerichtet ist, so empfängt der Luftzustandssensor (SD) ein Signal, das der Reflektion am Rauch (SM) entspricht. Dieses Signal des reflektierenden Rauches (SM) erreicht den Luftzustandssensor (SD) früher als das Signal des bisher bestrahlten Objekts (FL). Der Luftzustandssensor (SD) bzw. die darin enthaltene Auswerteeinheit (AE) kann daher aufgrund der unterschiedlichen Eintreffenszeitpunkte des jeweils reflektierten Lichts zum Einen die Reflexionseigenschaften des Rauches (SM) feststellen, zum anderen aber auch die Dämpfung ermitteln, die zusätzlich durch den Durchgang durch den Rauch auftritt, da das bisherige Signal des Untergrunds (FL) als Referenz genutzt werden kann, wenn es nur gedämpft wird und nicht komplett durch den Rauch (SM) absorbiert wird.
Wird beispielsweise ein zweiter Empfänger (D2) beabstandet zum ersten Sender (H1) platziert, so kann dieser zweite Empfänger (D2) beispielsweise das Streulicht erfassen. Somit erhält man drei Parameter, mit denen sich Reflektion, Streuung, Transmission und damit auch Absorption abschätzen lassen. Da dies auch noch bei verschiedenen Wellenlängen, typischerweise die Senderwellenlänge (λ_s1 bis λ_sn) und/oder die Empfängerwellenlänge (λ_d1 bis λ_dm) geschieht, kann auf diese Weise ein umfangreiches Messvektorsignal, das initiale Feature-Vektor-Signal (S4V) erzeugt werden, das für die Charakterisierung und Klassifikation der Stoffe in der Luft des Detektionsraumes verwendet werden kann.
Da, wie erwähnt, das Verfahren vorzugsweise mehrere Sender (H1 bis Hn) mit unterschiedlichen Schwerpunktwellenlängen (λ_s1 bis λ_sn) und/oder mehrere Empfänger (D1 bis Dm) mit unterschiedlichen Empfängerschwerpunktswellenlängen (λ_d1 bis λ_dm) verwendet, können somit in einem solchen erweiterten Verfahren Reflexions-Streuungs- und Transmissionswerte für mehr als eine Schwerpunktwellenlänge (λ_s1 bis λ_sn) und/oder mehr als eine Empfängerschwerpunktswellenlänge (λ_d1 bis λ_dm) und deren Paarungen als entsprechende wellenlängenspezifische Messwertsignale (VMS, AMS) ermittelt werden. Man erhält hierbei ggf. nicht nur diese Werte, sondern kann aufgrund einer mitgemessenen Lichtlaufzeit auch eine örtlich zumindest eindimensional ortsaufgelöste Messung vornehmen. Auf diese Weise können auch örtlich unterschiedliche Empfindlichkeiten aufgrund ortsabhängiger Schwellwerte (a_i(x), t_i(x)) mittels entsprechender zusätzlicher Schwellwertsignale eingestellt werden, was an den besagten Partikel und/oder Aerosol und oder Dunst und Staub belasteten Arbeitsplätzen von großer Bedeutung ist. Zwar stellt der Vergleich mit solchen Schwellwerten eine erste einfache Klassifikation dar. Eine Klassifikation mit Hilfe eines Klassifikators wird im Folgenden detaillierter beschrieben.
Wie zuvor bereits beschrieben, werden in einer weiteren möglichen Ausprägung der Erfindung wieder erste Bewertungsergebnisse (A_i(λ_s, λ_d, φ)) in Form von Messwertsignalen ermittelt, die beispielsweise spezifisch für die Schwerpunktswellenlängen (λ_s1 bis λ_sn) der Sender (H1 bis Hn) und/oder spezifisch für die Empfängerschwerpunktswellenlängen (λ_d1 bis λ_dm) der Empfänger (D1 bis Dm) und/oder spezifisch für die Raumwinkelsegmente (φ) sind und alle oder in Teilen durch einen Ausgabe- und/oder Weitergabeschritt mindestens eines ersten Bewertungsergebnisses und/oder einer daraus abgeleiteten Größe durch eine Ausgabeeinheit (IF) der Auswerteeinheit (AE), die mit einer oder mehreren der vorgenannten Verarbeitungseinheiten identisch sein kann, weitergeleitet und/oder wie bereits beschrieben verarbeitet werden.
Grundsätzlich ist es sinnvoll, wenn die Auswerteeinrichtung (AE) als weiteren Verfahrensschritt wieder einen Vergleich der ersten Bewertungsergebnisse (A_i(λ_s, λ_d, φ)), als der Amplitudenmesswertsignale (AMS_i), insbesondere wenn Messwertsignale (AMS_i) für mehr als eine Schwerpunktswellenlänge (λ_s1 bis λ_sn) und/oder mehr als eine Empfängerschwerpunktswellenlänge (λ_d1 bis λ_dm) und/oder mehr als ein Raumwinkelsegment φ durchführt. Dabei ist es sinnvoll, wenn der Vergleich durch die Auswerteeinheit (AE) dieser Amplitudenmesswertsignale (AMS_i) mit zumindest zwei vorgegebenen und/oder programmierbaren und/oder sonst wie einstellbaren ersten Schwellwerten (a_i(λ_s, λ_d, φ)) in Form entsprechender Schwellwertsignale erfolgt. Dabei erfolgt der Vergleich für jeweils mindestens eine Schwerpunktswellenlänge (λ_s1 bis λ_sn) und/oder für je mindestens eine Empfängerschwerpunktswellenlänge (λ_d1 bis λ_dm) und/oder für mindestens je ein Raumwinkelsegment φ durch mindestens die besagte Auswerteeinheit, die mit einer oder mehreren der vorhergehenden Verarbeitungseinheiten identisch sein kann. Dabei wird typischerweise durch die besagte Auswerteeinheit (AE) ein erstes Vergleichsergebnis in Form eines Vergleichsergebnissignals (VES) ermittelt. Das Vergleichsergebnissignal (VES) ist typischerweise Teil des initialen Feature-Vektor-Signals (S4V). Der Vergleich, beispielsweise durch größer/kleiner Vergleich, kann im einfachsten Fall eine Bewertung liefern, ob das Bewertungsergebnis (A_i(λ_s, λ_d, φ)) oberhalb eines Schwellwertes (a_i(λ_s, λ_d, φ)) oder unterhalb dieses Schwellwertes (a_i(λ_s, λ_d, φ)) liegt. Dies entspricht einem entsprechenden Pegelvergleich der Messergebnissignale mit den Pegeln der entsprechenden Schwellwertsignale, beispielsweise durch einen Komparator, wobei das Komparatorausgangssignal dann das Vergleichsergebnissignal (VES) darstellen würde.
Wie zuvor erfolgt vorzugsweise eine Ausgabe und/oder Weitergabe mindestens dieser ersten Vergleichsergebnisses in Form des jeweiligen Vergleichsergebnissignals (VES) und/oder einer daraus abgeleiteten Größen durch eine Ausgabeeinheit (IF), die mit einer oder mehreren der vorgenannten Verarbeitungseinheiten identisch sein kann.
Wenn nun typischerweise für jede Senderschwerpunktswellenlänge (λ_s1 bis λ_sn) und/oder typischerweise für jede Empfängerschwerpunktswellenlänge (λ_d1 bis λ_dm) mindestens eine Amplitude (A_i(λ_s, λ_d, φ)) in Form jeweils eines Amplitudenmesswertsignals (AMS_i) durch die Auswerteeinheit (AE) bestimmt wurde, ist es sinnvoll, wenn die Auswerteeinheit (AE) zumindest je eine korrespondierende Verzögerung (T_i(λ_s, λ_d, φ)) in Form jeweils eines Verzögerungsmesswertsignals (VMS_i) zumindest des besagten Empfängerausgangssignals (S0) für typischerweise mindestens eine Schwerpunktswellenlänge (λ_s1 bis λ_sn) und/oder mindestens eine Empfängerschwerpunktswellenlänge (λ_d1 bis λ_dm) bestimmt. Dies geschieht zu zumindest jeweils einem Zeitpunkt nach der Aussendung des Lichts gegenüber dem Sendesignal (S5) aufgrund der Lichtlaufzeit (T_i(λ_s, λ_d, φ)) des zurückgestreuten und/oder reflektierten Lichts bezogen auf einen Zeitpunkt der Aussendung des ausgesendeten Lichtes. Dabei kann die besagte Auswerteeinheit (AE) mit einer oder mehreren der vorhergehenden Verarbeitungseinheiten wieder identisch sein.
Wie zuvor für einen einzelnen Kanal, ist es bei Verwendung mehrerer Messkanäle in Form von Sendern (H) mit mehreren unterschiedlichen Schwerpunktswellenlängen (λ_s1 bis λ_sn) und/oder mit mehreren unterschiedlichen Empfängerschwerpunktswellenlängen (λ_d1 bis λ_dm) sinnvoll, wenn die Auswerteeinheit (AE) nun die Bewertung der Laufzeit (T_i(λ_s, λ_d, φ)) für jeden dieser Kanäle separat durchführt. Im Extremfall kann die Laufzeit und die Amplitude für jede Paarung aus n Sendern (H1 bis Hn) und m Empfängern (D1 bis Dm) durch die Auswerteeinheit (AE) ermittelt werden. In der Regel wird man sich auf eine sinnvolle Auswahl beschränken. Hierzu wird durch die Auswerteeinheit (AE) eine Ermittlung je eines zweiten Bewertungsergebnisses (T_i(λ_s, λ_d, φ)) in Form je eines Verzögerungsmesswertsignals (VMS_i) durch eine Bewertung zumindest einer oder mehreren der besagten Verzögerungen des Empfängerausgangssignals (S0) für jeweils mindestens eine Schwerpunktswellenlänge (λ_s) und/oder für jeweils mindestens eine Empfängerschwerpunktswellenlänge (λ_d) zu zumindest einem Zeitpunkt nach der Aussendung des Lichts durchgeführt. Die besagte Auswerteeinheit (AE) kann dabei wieder mit einer oder mehreren der vorhergehenden Verarbeitungseinheiten identisch sein.
Auch diese zweiten Bewertungsergebnisse (T_i(λ_s, λ_d, φ)) werden mittels Ausgabe und/oder Weitergabe zumindest eines zweiten Bewertungsergebnisses (T_i(λ_s, λ_d, φ)) und/oder einer daraus abgeleiteten Größe durch eine Ausgabeeinheit (IF) weitergeleitet, die wieder mit einer oder mehreren der vorgenannten Verarbeitungs- und Ausgabeeinheiten identisch sein kann.
Wie zuvor führt die Auswerteeinheit (AE) wieder vorzugsweise eine Klassifizierung der zweiten Bewertungsergebnisse (T_i(λ_s, λ_d, φ)) in Form der Verzögerungsmesswertsignale (VMS_i) durch Vergleich mindestens eines zweiten Bewertungsergebnisses (T_i(λ_s, λ_d, φ)) in Form eines Verzögerungsmesswertsignals (VMS_i) mit zumindest einem vorgegebenen und/oder programmierbaren und/oder sonst wie einstellbaren zweiten Schwellwert (t_i(λ_s, λ_d, φ)) in Form eines entsprechenden Schwellwertsignals für jeweils mindestens eine Schwerpunktswellenlänge (λ_s) und/oder für jeweils mindestens eine Empfängerschwerpunktswellenlänge (λ_d) durch. Dabei ermittelt die Auswerteeinheit (AE) ein zweites Vergleichsergebnis in Form eines Vergleichsergebnissignals (VES). Darauf folgt vorzugsweise wieder die Ausgabe und/oder Weitergabe dieser zweiten Vergleichsergebnisses und/oder einer daraus abgeleiteten Größe durch eine Ausgabeeinheit (IF) der Auswerteeinheit (AE), die mit einer oder mehreren der vorgenannten Verarbeitungs- und Ausgabeeinheiten identisch sein kann. Der Vergleich kann im einfachsten Fall eine Bewertung liefern, ob das Bewertungsergebnis (T_i(λ_s, λ_d, φ)), also der Pegel des entsprechenden Verzögerungsmesswertsignals (VMS_i) oberhalb eines Schwellwertes (t_i(λ_s, λ_d, φ)), also des Pegels des entsprechenden Messwertsignals, oder unterhalb dieses Schwellwertes (t_i(λ_s, λ_d, φ)) liegt.
Wie bereits beschrieben ist es sinnvoll, eine virtuelle Rauchkammer im Rahmen der Verarbeitung der ermittelten Messwerte zu schaffen. Hierzu ist es sinnvoll, wenn die Auswerteeinheit (AE) die Verarbeitung von Bewertungsergebnissen (A_i(λ_s, λ_d, φ), T_i(λ_s, λ_d, φ)) in Form der entsprechenden Messwertsignale (AMS_i, VMS_i) und/oder Vergleichsergebnissen in Form entsprechender Vergleichsergebnissignale (VES) auf solche zu beschränken, bei denen die ermittelte Verzögerung (T_i(λ_s, λ_d, φ)) und/oder das Raumwinkelsegment φ der Reflektion, Streuung und/oder Transmission beispielsweise auch wellenlängenspezifisch bezogen auf die Schwerpunktswellenlänge (λ_s) und/oder bezogen auf die Empfängerschwerpunktswellenlänge (λ_d) innerhalb eines vorgegebenen und/oder einstellbaren und/oder programmierbaren ein- oder mehrdimensionalen Wertebereiches liegen. Der Wertebereich kann dabei von der Schwerpunktwellenlänge (λ_s) und/oder der Empfängerschwerpunktswellenlänge (λ_d) und/oder dem Raumwinkelsegment (φ) abhängen.
Neben der reinen Messfunktionalität der Sender (H) ist es sinnvoll, wenn einer oder mehrere der Sender (H1 bis Hn) zumindest zeitweise eine Identifikations- und/oder Zustandskennung abstrahlen. Dies kann beispielsweise so geschehen, dass das Signal des betreffenden Senders und/oder der betreffenden Sender mittels AM, FM, PCM, PFM, PCM oder anderen Modulationsverfahren, wie beispielsweise Spread-Spectra-Verfahren, übermittelt wird. Auch ist es denkbar, einen Sender, beispielsweise eine Multi-Color-LED, seine Schwerpunktswellenlänge λ_s moduliert wechseln zu lassen, ohne die Intensität des abgestrahlten Lichts dabei nach Möglichkeit zu verändern
Ein besonderes Augenmerk ist auf eine kombinierte Verarbeitung aller Bewertungsergebnisse durch die Auswerteeinheit (AE) zu richten. Zum einen ist es sinnvoll, diese durch die Verarbeitungseinheit zu einem initialen Feature-Vektor-Signal (S4V) zu kombinieren zu lassen. Dieses initiale Feature-Vektor-Signal (S4V) besteht vorzugsweise aus den mehreren Messergebnissignalen (AMS_i, VMS_i) mit den ersten und zweiten Bewertungsergebnissen (A_i(λ_s, λ_d, φ), T_i(λ_s, λ_d, φ)). Die Schreibweise ist zur besseren Übersichtlichkeit hier verkürzt gewählt. λ_s steht für einen oder mehrere der Schwerpunktswellenlängen λ_s1 bis λ_sn und λ_d steht für eine oder mehrere der Empfängerschwerpunktswellenlängen (λ_d1 bis λ_dm). T_i steht für T₁ bis T_n und A_i für A₁ bis A_n. AMS_i steht für die im initialen Feature-Vektor-Signal (S4V) enthaltenen Amplitudenmesswertsignale. VMS_i steht für die im initialen Feature-Vektor-Signal (S4V) enthaltenen Verzögerungsmesswertsignale. Darüber hinaus umfasst der initiale Feature-Vektor (S4V) auch die zuvor beschriebenen Vergleichsergebnissignale, sofern im Signalpfad vorhergehende Teilvorrichtungen solche Vergleichsergebnissignale erzeugen. Darüber hinaus ist es sinnvoll das initiale Feature-Vektor-Signal um weitere Signale bei Bedarf zu ergänzen, die die erste und/oder höhere Ableitungen nach der Zeit und/oder nach dem Raumwinkel φ und/oder nach der Schwerpunktswellenlänge (λ_s1 bis λ_sn) und/oder nach der Empfängerschwerpunktswellenlänge (λ_d1 bis λ_dm) darstellen. Dies kann beispielsweise in einer Filtereinheit (FE) geschehen oder in den Besagten Reglern (CT). Gleichfalls können auch einfache und/oder mehrfache Integrale oder sonstige lineare und nichtlineare Filterfunktionen in der besagten Filtereinheit (FE) verwendet werden. Auf diese Weise bildet typischerweise die Filtereinheit (FE) ein erweitertes Feature-Vektor-Signal (24) aus dem initialen Feature-Vektor-Signal (S4V), das als Basis für eine weitere Signalverarbeitung durch die Auswerteeinheit genutzt werden kann.
Es ist daher ein wesentlicher Schritt des Verfahrens, nun auf das somit gebildete erweiterte Feature-Vektor-Signal (24) Methoden der Mustererkennung analog zur US 8 248 253 B2 anzuwenden, um die Belastungen in der Luft des Detektionsraumes zu klassifizieren. Der Filtereinheit, die selbst optional ist, folgt also eine Klassifikationseinheit nach, die eine Klassifikation durchführt. In diesem Beispiel werden die Teile der Klassifikationseinheit jedoch als eigenständige Einheiten behandelt.
Ein wesentlicher möglicher Schritt einer Ausprägung des Verfahrens ist daher das Verarbeiten von mehreren Bewertungsergebnissen (A₁ bis A_n) in Form der Amplitudenmesswertsignale (AMS_i), beispielsweise in Form von Regelsignalen (S4_1 bis S4_n), und von mehreren Bewertungsergebnissen (T₁ bis T_n) in Form der Verzögerungsmesswertsignale (VMS_i), beispielsweise in Form von Regelsignalen (S4d_1 bis S4d_n), und/oder Vergleichsergebnissen in Form von Vergleichsergebnissignalen mit Hilfe einer Signalverarbeitungseinheit (SE) zur Erzeugung eines Auswertungsergebnisses. Dieses Auswertungsergebnis in Form eines Klassifikationsergebnissignals (39) kann beispielsweise aus einem erkannten Stoff mit einer Stoffkonzentration im Detektionsraum darstellen.
Typischerweise werden anschließend Maßnahmen in Abhängigkeit vom Auswertungsergebnis in Form des Inhalts des Klassifikationsergebnissignals (39) eingeleitet.
Nachdem das Feature-Vektor-Signal (S4V) und/oder der erweiterte Feature-Vektor-Signal (24) aus einem oder mehreren Bewertungsergebnissen und/oder Vergleichsergebnissen durch eine Verarbeitungseinheit gebildet wurde, wobei die Bewertungsergebnisse (A₁ bis A_n, T₁ bis T_n) in typischerweise in Form der Regelsignale (S4_1 bis S4_n, S4d_1 bis S4_dn) als Messwertsignale (AMS_i, VMS_i) und/oder Vergleichsergebnissignale gleichzeitig und/oder sequenziell ermittelt werden und wobei das initiale Feature-Vektor-Signal (S4V) und/oder das erweiterte Feature-Vektor-Signal (24) auch Signal mit einfachen und höheren Ableitungen und/oder einfachen und höheren Integrale dieser Signale und deren Werte und/oder andere aus diesen Signalen abgeleitete Signale umfassen kann, wird das initiale Feature-Vektor-Signal (24) und/oder das erweiterte Feature-Vektor-Signal (24) mit einer LDA-Matrix (14) durch die Feature-Extraktion (11) zu einem modifizierten Feature-Vektor-Signal (38) digital oder analog multipliziert. Die LDA Matrix wird dabei so gewählt, dass die Selektivität des modifizierten Feature-Vektor-Signals (38) gesteigert wird.
Das so ermittelte, modifizierte Feature-Vektor-Signal (38) und/oder das initiale Feature-Vektor-Signal (S4V) und/oder das erweiterte Feature-Vektor-Signal (24) – zusammen als zu bewertendes Feature-Vektor-Signal (S4V, 24, 38) bezeichnet – auf der einen Seite wird mit prototypischen Vektoren, den Zustandsprototypen, die insbesondere in einer Prototypendatenbank (15), die eine Teilvorrichtung der Auswerteinheit ist, abgelegt sind durch eine Verarbeitungseinheit, die Emissions-Berechnungs-Einheit (12), verglichen. Typischerweise ist dabei das Vergleichsergebnis dieses Vergleichsvorgangs ein binärer und/oder digitaler und/oder analoger Abstandswert zwischen dem jeweils zu bewertenden Wert des Feature-Vektor-Signals (S4V, 24, 38) und dem prototypischen Vektor aus der Prototypendatenbank (15). Typischerweise wird der Abstand durch Berechnung des euklidischen Abstands und/oder des Quadrats des euklidischen Abstands zwischen dem Wert des zu bewertenden Feature-Vektor-Signals (S4V, 24, 38) und dem prototypischen Vektor der Prototypendatenbank (15), dem Zustandsprototypen, ermittelt. Es erfolgt dann durch eine Verarbeitungseinheit, typischerweise durch die Emissions-Berechnungs-Einheit (12), die Selektion mindestens eines selektierten Zustandsprototypen der besagten Prototypendatenbank (15) aufgrund eines durch die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) bestimmten Abstandswertes für den zu bewertenden Wert des zu bewertenden Feature-Vektor-Signals (S4V, 24, 38). Die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) gibt passend zu dem derartig selektierten Zustandsprototypen ein Klassifikationsergebnissignal aus, dass den erkannten Zustandsprototypen enthält. Typischerweise selektieret die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) den Zustandsprototypen mit dem kleinsten Abstandswert zum Wert des zu bewertenden Feature-Vektor-Signals als selektierter Zustandsprototyp.
Dieser selektierte Zustandsprototyp wird dann durch die Auswerteinheit (AE) typischerweise ausgegeben. Da es für die weitere Verarbeitung von Interesse sein kann, die Zuverlässigkeit dieses Ergebnisses zu bewerten, ist es vielfach sinnvoll, wenn die Auswerteinheit (AE) darüber hinaus die Ausgabe zumindest eines Abstandswertes, der dem Wert des zu bewertenden Feature-Vektor-Signals (S4V, 24, 38) relativ zu den durch die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) selektierten Zustandsprototypen der Datenbank (15) zugeordnet ist, vornimmt. Diese Ausgabe erfolgt typischerweise als Teil des Klassifikationsergebnissignals (39), in Form von Zeit- oder Raummultiplex.
In vielen Fällen ist es aber darüber hinaus sinnvoll, wenn die Auswerteinheit (AE) an nachfolgende Prozesse auch die weniger wahrscheinlichen Erkennungsergebnisse mit einer Bewertung über das Klassifikationsergebnissignal (39) weitergibt. Daher gibt die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) über die besagte Schnittstelle (IF) typischerweise weitere Ausgaben weiterer selektierbarer Zustandsprototypen und zugehöriger weiterer Abstandswerte vor. Hierdurch zur erzeugt die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) eine Hypothesenliste, die beispielsweise von niedrigen Abständen zwischen Wert des Feature-Vektor-Signals und Wert der Prototypen-Datenbank (15) hin zu größeren Abständen geordnet sein kann. Eine solche Hypothesenliste, die über das Klassifikationsergebnissignal (39) ausgegeben wird, umfasst daher typischerweise die Nummern möglicher Zustandsprototypen der Prototypendatenbank und die durch die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) ermittelten zugehörigen Entfernungen für diese Zustandsprototypen von dem zu bewertenden Wert des Feature-Vektor-Signals S4V, 24, 38). Typischerweise enthält die Hypothesenliste dabei auch den als wahrscheinlichsten selektierten Zustandsprototypen und dessen Abstandswert zum bewerteten Wert des Feature-Vektor-Signals (S4V, 24, 38).
Werden zeitlich hintereinander mehrere Hypothesenlisten für jeweils zeitlich hintereinander liegende Zeitpunkte durch die Emissions-Berechnung (12) erstellt, so kann Die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) beispielsweise mit einem Viterbi-Algorithmus die wahrscheinlichste Zustandsabfolge ermitteln. Dies ist der zentrale Erfindungsgedanke. Auf diese Weise führt eine Auswerteeinheit (AE) eine Ermittlung der wahrscheinlichsten Kette von Zustandsprototypen durch und kann daher einen folgenden prognostizierten Betriebszustand oder eine prognostizierten Betriebszustandssequenz prognostizieren und über das Klassifikationsergebnissignal (39) ausgeben.
Die Verarbeitungseinheit kann dabei mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Verarbeitungs- und Ausgabeeinheiten identisch sein.
Konsequenterweise erfolgt durch eine Verarbeitungseinheit dann typischerweise bei Bedarf eine Einleitung von Maßnahmen aufgrund eines dermaßen selektierten Zustandsprototypen und/oder einer ermittelten Hypothesenliste und/oder des prognostizierten Betriebszustandes oder der prognostizierten Betriebszustandssequenz.
Die Verarbeitungseinheit kann dabei mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Verarbeitungs- und Ausgabeeinheiten identisch sein.
Statt der zuvor beschriebenen HMM-Architektur kommt auch eine Auswertung von Bewertungsergebnissen (A₁ bis A_n, T₁ bis T_n) in Form der entsprechenden Messergebnissignale (AMS_i, VMS_i) und/oder Vergleichsergebnissen in Form der entsprechenden Vergleichsergebnissignale durch ein neuronales Netz und/oder ein Petri-Netz zur Erzeugung eines Auswertungsergebnisses in einer Verarbeitungseinheit in Frage. Ein solches Verfahren würde typischerweise auch durch die Verarbeitungseinheit durchgeführt.
Die Verarbeitungseinheit kann dabei mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Verarbeitungs- und Ausgabeeinheiten identisch sein.
Auch im Falle eines neuronalen Netzes und/oder eines Petri-Netzes würde das Verfahren bei Bedarf in der Einleitung von Maßnahmen, wie oben beschrieben, münden.
Wie zuvor beschrieben, führen eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten innerhalb des Luftzustandssensors das zuvor beschriebene Verfahren und dessen Teil- und Unterschritte aus. Dabei umfasst ein solcher Luftzustandssensor (SD) neben einer Verarbeitungseinheit, auch mindestens einen Sender (H) und mindestens einen Empfänger (D).
Das besondere Kennzeichen eines solchen Luftzustandssensors (SD) ist, das die Übertragungsstrecke zumindest teilweise im Freiraum außerhalb einer Rauchkammer verläuft. Durch das besondere zuvor beschriebene Verfahren kann der Luftzustandssensor (SD) sehr flach gebaut werden. Sein Gehäuse kann daher eine Höhe von weniger als 2cm und/oder weniger als 1,5cm und/oder weniger als 1cm und/oder weniger als 0,7cm aufweisen.
Die Sender (H) und Empfänger (D) können, da sie im Gegensatz zum Stand der Technik nach außen gerichtet sind, auch bei geschlossenem Gehäuse für eine Datenkommunikation und Signalisierungen wie beispielsweise des Batteriezustands und der Betriebsbereitschaft genutzt werden. Somit verfügt ein Luftzustandssensor praktisch ohne zusätzlichen Aufwand typischerweise über eine optische Programmier- und Datenschnittstelle. Der Sender (H) kann dabei Signale nach außen versenden und der Empfänger (D) Signale von außen empfangen. Ganz besonders vorteilhaft ist eine Kommunikation des Luftzustandssensors mittels seiner Messvorrichtung, also ohne separate Funkschnittstelle, mit mobilen Terminals, wie beispielsweise Mobiltelefonen. In dem Fall können Luftzustandssensor und Mobiltelefon auch Autorisierungsdaten austauschen. Dies reicht von einer Passworteingabe bis zur Übermittlung von Identifikationsdaten, die typischerweise in der SIM-Karte des Mobiltelefons gespeichert sind.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn über eine derartige Schnittstelle eine drahtgebundene Ausgabeeinheit konfiguriert werden kann. Es ist im Stand der Technik nämlich ein Problem, dass die Menge verfügbarer Standards für eine drahtgebundene Übertragung von Daten beispielsweise von einem Rauchmelder, als Luftzustandssensor (SD), zu einer Zentrale sehr groß ist. Sofern also der Luftzustandssensor über eine konfigurierbare Schnittstelle verfügt, ist es sinnvoll, deren Konfiguration über eine derartige Schnittstelle einstellen zu können, die sich vom Stand der Technik, wie gesagt dadurch unterscheidet, dass deren Sender (H) und Empfänger (D) Teil der eigentlichen Messvorrichtung sind.
Natürlich kann eine solche Schnittstelle auch separat ausgeführt sein. In diesem letzten Fall kann beispielsweise eine Anzeige-LED im unbestromten Zustand als optischer Empfänger für die besagte optische Schnittstelle benutzt werden. Sofern einer der Sender optisch erkennbares Licht ausstrahlt, kann der Sender somit als Signalisierungsmittel und als Messmittel gelichzeitig benutzt werden. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn die Messfrequenz so hoch liegt, dass das Menschliche Auge dem Signal nicht folgen kann, währen die Signalisierungsfrequenz in einem dem menschlichen Auge zugänglichen Bereich liegt.
Sofern eine abbildende Optik und mehrere Empfänger benutzt werden, liegt es nahe, beispielsweise einen CCD-Chip zu verwenden.
In dem Fall handelt es sich bei einer Gruppe von Empfängern um eine elektronische Kamera und/oder eine elektronische Hyperspektralkamera und/oder einem eindimensionalen und/oder einem zweidimensionalen Bildgeber. Natürlich ist es auch denkbar, eine nulldimensionale Hyperspektralkamera, die dann ein Hyperspektralsensor ist, einzusetzen (Siehe auch 10). Es hat sich als sinnvoll erwiesen, in diesem Fall durch einen Zeitmultiplex die einzelnen spektral empfindlichen Empfänger (D1 bis Dm) einzeln zu vermessen.
Ein typischerweise vorhandenes Merkmal einer Ausprägung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Vorhandensein mindestens eines Kompensationssenders (K) innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der überlagernd in mindestens einen Empfänger (D) einstrahlt.
Ein weiteres typisches Merkmal ist das Vorhandensein eines Reglers (CT) als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Regler mindestens ein Sendesignal (S5) mit dem mindestens ein Sender (H) gespeist wird und/oder mindestens ein Kompensationssendesignal (S3) mit dem mindestens ein Kompensationssender (K) gespeist wird in Amplitude und/oder Verzögerung und/oder Phase so ausregelt, dass das Empfängerausgangssignal (S0) mindestens eines Empfängers (D) zu zumindest einem Zeitpunkt keine Anteile des betreffenden Sendesignals (S5) bis auf einen Regelfehler und Systemrauschen mehr enthält.
Diese Regelsignale (S4, S4d) stellen typischerweise die typischerweise zwei Bewertungsergebnisse (A, T), also die Messwertsignale (MS_i, VMS_i), dar oder werden in dies umgewandelt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren nochmals exemplarisch erläutert. Wesentlich für den beanspruchten Umfang sind jedoch die Ansprüche.
1 zeigt einen beispielhaften Luftzustandssensor (SD) und/oder -melder in einer ebenso beispielhaften Einbausituation. Der Luftzustandssensor (SD) ist in diesem Beispiel bündig in der Decke (CE) des Raumes eingebaut. In der Realität kann die Detektorebene auch oberhalb oder unterhalb der Decke (CE) liegen. Der Abstand d zwischen Decke (CE) und Detektorebene (Siehe auch 13) ist typischerweise kleiner 3cm, besser kleiner 1,5cm, besser kleiner 0,5 cm. Der Luftzustandssensor (SD) kann vor allem deswegen derartig bündig mit der Decke eingebaut werden, weil er keine Rauchkammer benötigt. Das System in 1 ist in diesem Beispiel ein weniger leistungsfähiges System. Ursache ist, dass es nicht alle Vorteile der Erfindung auf sich vereinigt. Es ist aber, um das erfindungsgemäße Verfahren mit allen Varianten zu erläutern, ein geeigneter Einstieg für die folgenden Erläuterungen.
Der beispielhafte erfindungsgemäße Luftzustandssensor (SD) umfasst einen ersten Sender (H1), einen ersten Empfänger (D1) und beispielhaft einen zweiten Empfänger (D2), der in diesem Beispiel von dem ersten Empfänger (D1) beabstandet ist. Natürlich können in der Realität mehr Empfänger, beispielsweise m, (D1 bis Dm) und mehr Sender, beispielsweise n, (H1 bis Hn) verwendet werden. Zur besseren Transparenz beschränkt sich diese Beschreibung an dieser Stelle jedoch auf diese einfache Konfiguration. Nicht eingezeichnet sind die zwei, jedem Empfänger (D1, D2) jeweils zugeordneten Kompensationssender (K1, K2). Auch dies soll der besseren Verständlichkeit dienen.
Der erste Sender (H1) strahlt in den Freiraum unterhalb der Decke (CE) ein. Diese erste Übertragungsstrecke (I1) wird durch den Rauch (SM) bedämpft. Statt Rauch (SM) können auch Dünste, Aerosole, Gase, Staub und Partikel und andere Belastungen der Luft etc. vermessen werden.
Der Rauch (SM) reflektiert das Licht des ersten Senders (H1). Die Reflektion wird in die zweite Übertragungsstrecke (I2) eingespeist, die am ersten Empfänger (D1) endet. Gleichzeitig streut der Rauch (SM) einen Teil der Sendeleistung des ersten Senders (H1) in eine dritte Übertragungsstrecke (I3) ein, die am zweiten Empfänger (D2) endet. Während durch den ersten Empfänger (D1) in diesem Beispiel vor allem das direkt zurückgestreute, also reflektierte Licht erfasst wird, erfasst der zweite Empfänger (D2) vor allem das in einem Winkel α gestreute Licht des ersten Senders (H1). Man erhält somit zwei Werte: Ein Bewertungsergebnis ist daher ein Reflexionsmaß (A₁) als Amplitudenmaß des reflektierten Lichtes und ein Streumaß. (A₂) als Amplitudenmaß des rückgestreuten Lichtes. Diese Werte werden dann in Form von zwei Messwertsignalen (AMS₁, AMS₂) als initiales Feature-Vektor-Signals (S4V) an die Filtereinheit (FE) und/oder die Feature-Extraktion (11) und/oder die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) weitergeleitet.
Ein Teil des Lichts des Senders (H) durchdringt die Rauchwolke (SM) auf dem Hin- und Rückweg zweimal. Dieses Licht durchläuft dabei zwei längere Übertragungsstrecken (I1‘ und I2‘). Die Lichtlaufzeit für dieses Licht ist daher länger. Gleiches gilt für das gestreute Licht, das durch die längere dritte Übertragungsstrecke (I3‘) zum zweiten Empfänger (D2) gelangt.
Während die Reflektion am Rauch (SM) an einem mittleren Reflexionspunkt (AR) stattfindet, wird das Licht, das die längere Strecke (I1‘, I2‘) durchläuft am Boden (FL) reflektiert und ggf. gestreut.
Die Unterscheidung zwischen längeren und kürzeren Übertragungsstrecken kann mit Hilfe einer Auswertung der Lichtlaufzeit erfolgen.
Zunächst soll eine Ausmessung des Bodens (FL) und der Transmission noch nicht erfolgen. Dies wird später erläutert.
2 zeigt einen typischen beispielhaften Regler (CT) zur Erzeugung eines der Kompensationssendesignale (S3_1 oder S3_2) zur Ansteuerung eines der Kompensationssender (K1 oder K2).Dieser Regler wird im Beispiel der 1 also zweimal benötigt.
Am Anschluss a des Reglers (CT) wird das Sendesignal (S5), mit dem auch der jeweilige Sender (H) betrieben wird, eingespeist. Aus diesem Sendesignal (S5) wird durch ein Verzögerungsglied (Δt) ein verzögertes Sendesignal (S5d) erzeugt. Aus diesem verzögerten Sendesignal (S5d) und dem Sendesignal (S5) werden durch eine Orthogonalisierungseinheit (ORT) zwei zueinander orthogonale Signale, ein erstes orthogonales Sendesignal (S5o1) und ein zweites orthogonales Sendesignal (S5o2) gebildet. Die Eigenschaft der Orthogonalität dieser beiden Signale (S5o1, S5o2) zueinander wird im weiteren Verlauf näher definiert. In vielen Fällen wird statt dieses komplizierten Verfahrens zur Bildung der beiden orthogonalen Signale einfach statt des verzögerten Sendesignals (S5d) ein monofrequentes Sendesignal (S5) verwendet und ein dazu um 90° phasenverschobenes verzögertes Sendesignal (S5d) verwendet. Dies entspricht beispielsweise der Verwendung eines Sinus- und Cosinus-Signals.
Am zweiten Anschluss (b) der Verarbeitungseinheit, des Reglers (CT), wird das Empfängerausgangssignal (S0) typischerweise als bereits verstärktes und modifizierte Empfängerausgangssignal (S1) oder direkt eingespeist. Zur Bestimmung der Amplitude wird zunächst ein Skalar-Produkt zwischen dem ersten orthogonalen Sendesignal (S5o1) und dem modifizierten Empfängerausgangssignal (S1) und/oder dem Empfängerausgangssignal (S0) gebildet. Dies geschieht beispielsweise durch eine Multiplikation der beiden Signale in einer ersten Multiplikationseinheit (M1). Hierbei wird ein Filtereingangssignal (S8) gebildet. Durch diese Mischung wird der auf das Sendesignal (S5) zurückzuführende nicht verzögerte Anteil am modifizierten Empfängerausgangssignal (S1) und/oder am Empfängerausgangssignal (S0) auf ein Frequenzband um 0Hz herum heruntergemischt und auf ein Frequenzband um das doppelte der Mittenfrequenz des Sendersignals (S5) heraufgemischt.
Es ist offensichtlich, dass bei der in 2 dargestellten Struktur ein bandbegrenztes Sendersignal (S5) verwendet werden kann. Dies kann beispielsweise ein periodisches Signal und/oder ein nicht periodisches Signal sein und/oder ein Zufallssignal und/oder ein Pseudozufallszahlsignal etc. sein. Die Signale schwanken dabei typischerweise zwischen symmetrisch um einen Nullpegel herum, beispielsweise zwischen –1 und 1. Auch die Verwendung eines PCM und/oder PFM modulierten Signals ist denkbar. Auch ein reines Sinus-Signal kann als Sendesignal (S5) verwendet werden. Das verzögerte Sendesignal (S5d) wäre dann ein Cosinus-Signal. Selbst ein Rauschsignal kann verwendet werden. Wichtig ist dabei nur, dass stets das Sendesignal (S5) ein bandbegrenztes Signal ist, das eine obere Grenzfrequenz (ω_max) und eine untere Grenzfrequenz (ω_min) aufweist. Dabei muss die Sendesignalbandbreite (Δω) des Sendesignals (S5) kleiner als der Betrag der unteren Grenzfrequenz (ω_min) sein.
Um das Filtereingangssignal (S8) auf das untere Frequenzband zu beschränken, wird typischerweise eine integrierende Filterung, typischerweise durch einen Tiefpass in Form eines ersten Filters (F1) durchgeführt. Die Tiefpassfilterfrequenz (ω_F1) des ersten Filters (F1) wird dabei so gewählt, dass alle Signale im Frequenzbetragsbereich von 0Hz bis zur halben der Sendesignalbandbreite (Δω) nicht oder nur sehr gering bedämpft werden, während alle Frequenzen mit Frequenzbeträgen oberhalb der halben der Sendesignalbandbreite (Δω) vorzugsweise möglichst stark, im optimalen Fall auf null bedämpft werden. Auf diese Weise wird somit das besagte Skalar-Produkt aus dem zweiten orthogonalen Sendesignal (S5o1) und dem modifizierten Empfängerausgangssignal (S1) gebildet. Zwei Signale werden in dieser Offenbarung grundsätzlich dann als orthogonal bezeichnet, wenn nach Durchführung der hier beschriebenen Multiplikation miteinander und der anschließenden Filterung in dem besagten ersten Filter (F1) nur noch ein Null-Pegel übrig bleibt.
Im Falle eines Sinus-Signals als Sendesignal (S5) stellt diese Skalar-Produktbildung nichts anderes als eine Fourier-Koeffizientenberechnung dar. Das Filterausgangssignal (S9) des ersten Filters (F1) wird in einem Verstärker (V1) möglichst hoch zum Verstärkerausgangssignal (S4) verstärkt und anschließend durch Multiplikation in der zweiten Multiplikationseinheit (M2) mit dem orthogonalen Sendesignal (S5) zum nicht verzögerten Kompensationsvorsignal (S6v) wieder zurücktransformiert. In einer zweiten Verzögerungseinheit (Δt2) wird das nicht verzögerte Kompensationsvorsignal (S6v) zum Kompensationsvorsignal (S6) verzögert, wobei die Verzögerung vom zweiten Verstärkerausgangssignal (S4d) abhängt, dessen Ermittlung nun besprochen wird.
Zur Ermittlung des zweiten Verstärkerausgangssignals (S4d) wird zuerst das Empfängerausgangssignal (S0) und/oder das modifizierte Empfängerausgangssignal (S1) mit dem zweiten orthogonalen Sendesignal (S5o2) multipliziert. Dies geschieht in einer dritten Multiplikationseinheit (M3). Dabei wird das zweite Filtereingangssignal (S8‘) gebildet. Dieses wird in einem zweiten Filter (F2) zum zweiten Filterausgangssignal (S9‘) gefiltert. Die Filterfunktion des zweiten Filters (F2) und dessen Eigenschaften entsprechen dabei vorzugsweise denen des ersten Filters (F1) des anderen Regelkanals. Das Filterausgangssignal (S9‘) des zweiten Filters (F2) wird durch einen zweiten Verstärker (V2) zum besagten zweiten Verstärkerausgangssignal (S4d) verstärkt.
Werden als Sender (H) LEDs verwendet, was typischerweise der Fall ist, so ist die Transmission negativer Werte nicht möglich. Daher wird ein Offset in Form eines Offsetwertes (B1) auf das Kompensationsvorsignal (S6) aufaddiert, um das Kompensationssendesignal (S3) zu erhalten.
Das Kompensationssendesignal (S3) speist dann einen Kompensationssender (K), der typischerweise linear überlagernd und/oder multiplizierend ebenfalls in den zugeordneten Empfänger (D1 oder D2) einstrahlt. Auf diese Weise wird die Regelschleife geschlossen.
Für den Luftzustandssensor aus 1 sind daher zwei der im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Verarbeitungseinheiten (CT1, CT2) und je ein Kompensationssender (K1, K2) je Empfänger (D1, D2) notwendig.
Jede der Verarbeitungseinheiten liefert dann je einen Wert für die Amplitude (A₁, A₂), wobei ihr jeweiliges erstes Verstärkerausgangssignal (S4) das jeweilige Amplitudenmesswertsignal (AMS₁, AMS₂) darstellt, und dann je einen Wert (T₁, T₂) für die Verzögerung, wobei ihr jeweiliges zweites Verstärkerausgangssignal (S4d) das jeweilige Verzögerungsmesswertsignal (VMS₁, VMS₂) darstellt, womit dann vier Messwerte (A₁, A₂, T₁, T₂) in vier Messwertsignalen, die das initiale Feature-Vektor-Signal (S4V) darstellen, zur Verfügung stehen.
3 zeigt ein beispielhaftes Sendesignal (S5), ein beispielhaftes verzögertes Sendesignal (S5d), ein beispielhaftes erstes orthogonales Sendesignal (S5o1) und ein beispielhaftes zweites orthogonales Sendesignal (S5o2).
4 zeigt ein beispielhaftes Gesamtsystem. Ein Generator (G1) erzeugt des Sendesignal (S5). Dieses Sendesignal wird mit einem Bias (BH) versehen zum Sendeansteuersignal (S5H) Der Bias (BH) ist in diesem Beispiel notwendig, da die beispielhafte LED als Sender (H) kein negatives Licht aussenden kann.
Der Sender (H) strahlt entsprechend 1 in die erste kombinierte Gesamtübertragungsstrecke bestehend aus der ersten Übertragungsstrecke (I1) und der zweiten Übertragungsstrecke (I2) ein, die am ersten Empfänger (D1) endet, sowie in die zweite kombinierte Gesamtübertragungsstrecke bestehend aus der ersten Übertragungsstrecke (I1) und der dritten Übertragungsstrecke (I3) ein, die am zweiten Empfänger (D2) endet. Zur Erinnerung: Der zweite Empfänger (D2) soll in diesem Beispiel einen vom Sender (H) und vom ersten Empfänger (D1) beabstandeten zweiten Empfänger (D2) darstellen, während der erste Empfänger (D1) in der Nähe des Senders (H) platziert ist, sodass der zweite Empfänger (D2) vorwiegend Streulicht empfängt und der erste Empfänger (D1) vorwiegend durch den Rauch reflektiertes Licht empfängt. Der erste Empfänger (D1) speist sein Empfängerausgangssigna (S1_1) in eine erste Verarbeitungseinheit (CT1) an deren entsprechenden Eingang (b) ein. Diese Verarbeitungseinheit (CT1) soll in diesem Beispiel im Wesentlichen von der inneren Struktur her der aus 2 entsprechen. Das Kompensationssendesignal (S3_1), das an dem entsprechenden Ausgang e der beispielhaften ersten Verarbeitungseinheit (CT1) dieser entnommen wird, wird als erstes Kompensationssendesignal (S3_1) dem ersten Kompensationssender (K1) zugeführt und steuert diesen. Dieser erste Kompensationssender (K1) strahlt typischerweise linear überlagernd über eine vierte Übertragungsstrecke (I4), deren Eigenschaften typischerweise bekannt und konstruktiv festgelegt sind, in den ersten Empfänger (D1) ein.
Bei richtiger Konfiguration der Parameter der ersten Verarbeitungseinheit (CT_1), wird das erste Kompensationssendesignal (S3_1) so ausgeregelt, dass das erste Empfängerausgangssignal (S1_1) bis auf Regelfehler und Systemrauschen keine Signalanteile des Sendesignals (S5) mehr enthält. Die konfigurierbaren Parameter sind typischerweise Filterkonstanten und/oder Filtereigenschaften und/oder Verstärkungen.
In gleicher Weise regelt eine zweite Verarbeitungseinheit (CT2) das zweite Kompensationssendesignal (S3_2) bis auf einen Regelfehler und Systemrauschen so aus, dass der zweite Kompensationssender (K2), der wieder typischerweise linear überlagernd in den zweiten Empfänger (D2) einstrahlt, das zweite Senderausgangssignal (S1_2) so modifiziert, dass es ebenso bis auf Systemrauschen und Regelfehler keine Signalanteile des Sendesignals (S5) mehr enthält.
Das erste und das zweite Kompensationssendesignal (S3_1, S3_2) werden dabei von ihren jeweiligen Verarbeitungseinheiten (CT1, CT2) in Amplitude und Verzögerung ausgeregelt. Statt der Regelung der Verzögerung ist bei monofrequenten Sendesignalen (S5) auch eine Regelung der Phase möglich.
Die internen amplitudensteuernden Regelsignale (S4_1, S4_2) sind die Amplitudenmesswertsignale (AMS₁, AMS₂). Die internen verzögerungssteuernden Regelsignale (S4d_1, S4d_2) sind die Verzögerungsmesswertsignale (VMS₁, VMS₂), Sie werden als Messwerte (A₁, A_n, T₁, T₂) für Amplitude und Verzögerung beispielsweise über eine Schnittstelle (IF) und einem beispielhaften Datenbus (DB) einer Steuerzentrale zur Verfügung gestellt. Sie bilden in diesem Beispiel das initiale Feature-Vektor-Signal (S4V) mit vier Signalen.
Es steht in diesem Beispiel ein Amplitudenwert (A₁) des reflektierten Lichts als erstes Verstärkerausgangssignal der ersten Verarbeitungseinheit (S4_1) als erstes Signal, das erste Amplitudenmesswertsignal (AMS₁) zur Verfügung.
Zweitens steht in diesem Beispiel ein Verzögerungswert (T₁) des reflektierten Lichts als zweites Verstärkerausgangssignal der ersten Verarbeitungseinheit (S4d_1) als zweites Signal, das erste Verzögerungsmesswertsignal (VMS₁) zur Verfügung Drittens steht in diesem Beispiel ein Amplitudenwert (A₂) des gestreuten Lichts als erstes Verstärkerausgangssignal der zweiten Verarbeitungseinheit (S4_2) als drittes Signal, das zweite Amplitudenmesswertsignal (AMS₂) zur Verfügung.
Viertens steht in diesem Beispiel ein Verzögerungswert (T₂) des gestreuten Lichts als zweites Verstärkerausgangssignal der zweiten Verarbeitungseinheit (S4d_2) als viertes Signal, das zweite Verzögerungsmesswertsignal (VMS₂) zur Verfügung
Dieses Vektor-Signal, das initiale Feature-Vektor-Signal (S4V) mit hier beispielhaft vier Leitungen, kann dann durch eine Steuerung (ST) und/oder einen über einen Datenbus (DB) angeschlossenen Zentralrechner oder eine andere Vorrichtung, die auch Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und insbesondere der Auswerteeinrichtung (AE) sein kann, ausgewertet werden.
Sofern die Steuerung (ST) sich in der Vorrichtung befindet, kann diese ebenfalls direkt und ggf. auch alternativ zur direkten Kommunikation zwischen der ersten und zweiten Verarbeitungseinheit (CT1 bis CTn) auf der einen Seite und einem Zentralrechner über einen Datenbus (DB) auf der anderen Seite über den Datenbus (DB) mit einem externen Rechner, beispielsweise dem besagten Zentralrechner, kommunizieren.
Die Steuerung (ST) weist eine Klassifikationseinrichtung auf, die den Zustand der Raumluft unterhalb des beispielhaften erfindungsgemäßen Luftzustandssensor (SD) charakterisiert und/oder klassifiziert. Eine typische Klassifikation kann in einem besonders einfachen Fall sein: „kein Alarm“ oder „Alarm“
Es ist aber auch möglich und zwar insbesondere auch ersatzweise möglich, dass die Vorrichtung selbst eine Signalisierung in optischer und/oder akustischer Form, beispielsweise als Sirenenton ausgibt.
5 zeigt eine andere beispielhafte Ausprägung der Erfindung. Der Luftzustandssensor (SD) verfügt in diesem Beispiel über n Sender (H1 bis Hn) und einen ersten Empfänger (D1). Eine Kombination mit der Konstruktion aus dem Beispiel der 1 ist natürlich möglich, ja sinnvoll, würde die 5 aber unnötig verkomplizieren. In dem Beispiel sollen alle n Sender (H1 bis Hn) nah beieinander und in der Nähe des ersten Empfängers (D1) platziert sein. Der erste Kompensationssender (K1), der dem ersten Empfänger (D1) zugeordnet ist, ist zur besseren Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet. Die n Sender (H1 bis Hn) senden alle in eine erste Übertragungsstrecke (I1) ein. Das Licht dieser Sender (H1 bis Hn) wird durch den Rauch (SM) reflektiert und trifft auf den ersten Empfänger (D1). Die n Sender (H1 bis Hn) unterscheiden sich bevorzugt beispielsweise durch ihre jeweilige Schwerpunktswellenlänge (λ_s1 bis λ_sn).
6 zeigt ein zu 5 passendes System. In diesem Fall ist das System so ausgelegt, dass alle Sender (H1 bis Hn) permanent und gleichzeitig senden. Statt des im Folgenden erläuterten Frequenzmultiplexes ist aber natürlich jederzeit auch ein Zeitmultiplex zum Preis einer verlängerten Totzeit möglich.
In diesem Beispiel ist jedem der n Sender (H1 bis Hn) genau ein Generator (G1 bis Gn) zugeordnet. Jeder dieser n Generatoren (G1 bis Gn) erzeugt eines von n Sendesignalen (S5_1 bis S5_n). Durch Addition eines Bias (BH1 bis BHn) werden aus diesen Sendesignalen (S5_1 bis S3_n) die n Sendeansteuersignale (S5H1 bis S5Hn) erzeugt, die die Sender (H1 bis Hn) ansteuern.
Diese senden in die erste Übertragungsstrecke (I1) hinein. Das Licht wird am Rauch (SM) reflektiert und gelangt über die zweite Übertragungsstrecke (I2) zum ersten Empfänger (D1). Der erste Empfänger (D1) wandelt das Licht der n Sender (H1 bis Hn) in das Empfängerausgangssignal (S0). Dieses wird vom Vorverstärker (V0) in das modifizierte Empfängerausgangssignal (S1) vorverstärkt. Wie in den Figuren zuvor kann es angebracht sein, das Empfängerausgangssignal (S0) direkt mit dem modifizierten Empfängerausgangssignal (S1) zu verbinden. Für jeden der Sender (H1 bis Hn) und der zugehörigen Sendesignale (H5_1 bis H5_n) wird vorzugsweise ein Regler vorgesehen. Die Regelung geschieht, wie zuvor bereits diskutiert, in der Form, dass jeweils eines der Sendesignale (S5_1 bis S5_n) mit dem Empfängerausgangssignal (S0) und/oder dem modifizierten Empfängerausgangssignal (S1) zum jeweiligen ersten bis n-ten Filtereingangssignal (S8_1 bis S8_n) durch jeweils einen zugeordneten Multiplizierer (M1_1 bis M1_n) multipliziert wird. Je ein Filter (F1 bis Fn) filtert dann das jeweilige Filtereingangssignal (S8_1 bis S8_n) zum jeweiligen Filterausgangssignal (S9_1 bis S9_n). Die Filter sind vorzugsweise Tiefpassfilter mit gleichen Filtereigenschaften und Parametern. Diese Eigenschaften wurden bereits zuvor diskutiert. Die jeweiligen Filterausgangssignale (S9_1 bis S9_n) werden durch die zugehörigen Verstärker (V1 bis Vn) zu den jeweiligen Verstärkerausgangssignalen (S4_1 bis S4_n) verstärkt. Dabei werden Verstärkungen und Vorzeichen wieder so gewählt, dass sich im Regelkreis Stabilität ergibt. Die n Verstärkerausgangssignale (S4_1 bis S4_n) stellen hierbei die n Messergebnisse (A₁ bis A_n), hier in Form von n Amplitudenmesswertsignalen (AMS₁ bis AMS_n) dar. In diesem Beispiel wird die Verzögerung nicht separat geregelt und die entsprechenden Messwerte nicht bestimmt, was aber eine weitere, nicht gezeichnete denkbare Variante der Erfindung ist.
Die n Sendesignale (S5_1 bis S5_n) werden in diesem Beispiel vorzugsweise so gewählt, dass eine Filterung des Produkts zweier verschiedener Signale der Sendesignale (S5_1 bis S5_n) durch eines der n Filter (F1 bis Fn) ein Null-Signal ergibt. Die n Sendesignale (S5_1 bis S5_n) sind also zueinander bezüglich des Skalar-Produkts, realisiert durch Multiplikation und Filterung, orthogonal.
Durch Multiplikation der jeweiligen n Verstärkerausgangssignale (S4_1 bis S4_n) in einem jeweiligen der n zweiten Multiplizierer (M2_1 bis M2_n) werden die jeweiligen provisorischen Kompensationsvorsignale (S6_1 bis S6_n) gebildet, die zum Kompensationsvorsignal (S6) durch Summation durch einen ersten Addierer (A1) zusammengefasst werden.
Typischerweise versieht ein zweiter Addierer (A2) dieses Kompensationsvorsignal (S6) mit einem Offset (B1) wodurch das Kompensationssendesignal (S3) gebildet wird. Dieses speist den ersten Kompensationssender (K1), der dem ersten Empfänger (D1) zugeordnet ist. Dieser erste Kompensationssender (K1) sendet in die typischerweise bekannte und innerhalb der Vorrichtung liegende vierte Übertragungsstrecke (I4) ein, die am ersten Empfänger (D1) endet. Hierdurch strahlt der erste Kompensationssender (K1) typischerweise linear überlagernd zusammen mit den Sendern (H1 bis Hn) in den Empfänger (D1) ein, wodurch der Regelkreis bei geeigneter Wahl von Vorzeichen und Betrag der Verstärkung der Verstärker (V1 bis Vn) geschlossen wird. Da die Glieder der Regelketten in der Regel linear sind, kann deren Reihenfolge im Signalpfad auch geändert werden, da bezüglich der repräsentierenden Funktionen typischer Weise das Kommutativ- und Assoziativgesetz gilt. Statt der einfachen Verstärker und Filterkombination sind auch komplexere Regelfilter, z.B. PID-Filter zur Realisierung eines PID Regelverhaltens, denkbar. Auch können wesentliche Teile der Funktionalitäten als Sub-Routinen eines Signalprozessorprogramms auf einem Signalprozessor ablaufen, was im Übrigen generell für das gesamte Dokument gilt.
Bis zu diesem Zeitpunkt wurde ausschließlich der Fall betrachtet, dass eine Mehrzahl von Sendern (H1 bis Hn) sich durch unterschiedliche Schwerpunktswellenlängen (λ_s1 bis λ_sn) unterschied.
In 7 wird nun der Fall betrachtet, dass der jeweilige wellenlängenmäßige Empfindlichkeitsbereich der jeweiligen Empfänger (D1 bis Dm) einer Mehrzahl von m Empfängern (D1 bis Dm) sich in seiner jeweiligen Empfängerschwerpunktswellenlänge (λ_d1 bis λ_dm) unterscheidet.
Die Struktur ist ähnlich der der 4 mit dem Unterschied, dass der zweite Empfänger (D2) sich vom ersten Empfänger (D1) nunmehr nicht durch seinen Montageort, sondern durch seine Empfängerschwerpunktwellenlänge (λ_d2) unterscheidet. Auch sind nun beispielhaft vier Empfänger (D1 bis D4) statt wie in 4 zwei Empfänger (D1, D2) vorgesehen, die jeweils eine spezifische Empfängerschwerpunktwellenlänge (λ_d1 bis λ_d4) aufweisen. Dies sind hier beispielhaft die Wellenlängen 500nm, 900nm, 1500nm, 2000nm. Andere Wellenlängen sind je nach Überwachungsaufgabe denkbar. Ein Vorteil dieser Konstruktion ist es, dass die Empfänger mittels metalloptischer Filter auf einem Substrat integriert werden können. (Siehe hierzu auch u.a. EP2521179A1 ) In diesem Fall ist es sinnvoll, wenn die Kompensationssender (K1 bis K4) mittels integrierter Optik in die jeweiligen Empfänger (D1 bis D4) einspeisen, um Verkopplungen zu vermeiden.
8 zeigt eine typische Vorrichtung zur Weiterverarbeitung der durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugten Messwertsignale.
Wie den zuvor beschriebenen Figuren entnommen werden kann, liefern die Verarbeitungseinheiten (CT) typischerweise einen Vektor bestehend typischerweise aus den Regelsignalen (S4_1 bis S4n und S4d_1 bis S4d_n), die Als Messwertsignale (AMS₁ bis AMS_n, VMS₁ bis VMS_n) die Messwerte (A₁ bis A_n, T₁ bis T_n) darstellen. Dieses initiale Feature-Vektor-Signal (S4V), der aus eben diesen Signalen und Werten besteht, kann durch Weiterverarbeitung, beispielsweise in einer Filtereinheit (FE) noch um Signale ergänzt werden, die sie einfachen und höheren zeitlichen Ableitungen, sowie um räumliche einfache und höhere Ableitungen umfassen. Auch sind Signale mit einfachen und höheren Integrationen räumlicher und zeitlicher Art, sowie noch komplexere lineare und nichtlineare Transformationen der ursprünglichen Messsignale (AMS₁ bis AMS_n, VMS₁ bis VMS_n) denkbar, um die Selektivität des so gebildeten erweiterten Feature-Vektors-Signals (24) zu erhöhen. In das erweiterte Feature-Vektor-Signal (24), das durch eine Filtereinheit (FE) aus dem initialen Feature-Vektor-Signal (S4V) gebildet wird, können weitere Messwertsignale, insbesondere die anderer Sensoren, wie beispielsweise Temperaturfühler und/oder die von PIR-Elementen einbezogen werden.
Das so aus dem initialen Feature-Vektor-Signal (24) durch die Filtereinheit (FE) gebildete erweiterte Feature-Vektor-Signal (24), das typischerweise aus den besagten Signalen und ggf. aus diesen abgeleiteten weiteren Signalen besteht, wird vorzugsweise durch eine Signal-Matrix-Multiplikation mit einer LDA-Matrix (11) durch die Feature-Extraktion (11) hinsichtlich der zu erkennenden Zustandsprototypen maximiert zum modifizierten Feature-Vektor-Signal (38). Die Ermittlung der LDA-Matrix (14) in Form eines Trainings (17) erfolgt typischerweise offline in einem separaten Rechner, auf dem sich auch typischerweise die Trainingsdatenbasis (18) befindet. Die Werte der LDA-Matrix werden daher typischerweise fest in der Auswerteinheit abgelegt. Die Trainingsdatenbasis (18) enthält prototypische Daten für Zustandsprototypen in Form typischer Wertekombination der möglichen Werte von initialen und/oder erweiterten Feature-Vektoren-Signalen.
Aus dieser Trainingsdatenbank (18) wird auch der Inhalt einer Prototypendatenbank (15) berechnet. Die Prototypendatenbank (15) ist in der Regel eine Speichereinheit, die Teil der Auswerteinheit (AE) ist. Die Prototypendatenbank enthält Werte der modifizierten Feature-Vektor-Signale der Zustandsprototypen, die erkannt werden sollen.
Das Feature-Vektor-Signal wird durch die Feature-Extraktion (11) typischerweise in zeitliche Blöcke unterteilt.
Für jeden dieser zeitlichen Blöcke wird für den spezifische Wert des modifizierten Feature-Vektor-Signals (38) innerhalb dieses zeitlichen Blocks nun der Abstand typischerweise zu den Prototypenwerten allen Prototypen der Prototypendatenbank (15) berechnet. Die Prototypendatenbank (15) enthält dabei typischerweise für jeden Zustandsprototypen und jedes Einzelsignal des modifizierten Feature-Vektor-Signals (38) einen Mittelwert und eine Streubreite. Liegt der momentane Wert eines modifizierten Feature-Vektor-Signals (38) innerhalb der Streubreite um den Mittelwertvektor eines einzelnen Zustandsprototyps der Prototypendatenbank (15) herum, so kann dieser als erkannt gelten.
Typischerweise bestimmt die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) den Abstand durch Berechnung des euklidischen Abstands und/oder des Quadrats des euklidischen Abstands d zwischen dem jeweiligen Mittelwertvektor des Zustandsprototypen aus der Prototypendatenbank (15) und dem aktuellen Wert des zu bewertenden modifizierten Feature-Vektor-Signals (38). Vorrichtungen, die andere Verfahren zur Klassifikation des modifizierten Feature-Vektor-Signals (38) verwenden, sind natürlich möglich.
Die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) bricht typischerweise mit der Erkennung eines ersten Zustandsprototypen ab, wenn Erkennung beispielsweise bedeutet, dass der aktuelle Wert des modifizierte Feature-Vektor-Signals näher als die Streubreite eines Zustandsprototypen in der Nähe dessen Mittelwertvektors liegt. Hierfür ist es sinnvoll, die Zustandsprototypen in Reihenfolge ihrer Gefährlichkeit in der Prototypendatenbank (15) anzuordnen, sodass die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) diese Prototypen als erste aus der Prototypendatenbank (15) erhält und bewertet. Das bedeutet, dass es beispielsweise sinnvoll ist, den Zustandsprototypen für einen offenen Brand so in der Prototypendatenbank (15) anzulegen, dass er eher als der Zustandsprototyp für den Normalbetrieb durch die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) untersucht wird.
Stellt die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) auf diese Weise eine ausreichende Ähnlichkeit mit einem Zustandsprotypen der Prototypendatenbank (15) durch einen ausreichend geringen Abstand fest, so gibt die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) den der ermittelten Prototyp, typischerweise in Form einer Prototypnummer, über das besagte Klassifikationsergebnissignal (39) als Ergebnis der Klassifikation aus. Ggf. werden anschließend Maßnahmen, wie beispielsweise ein Licht-Signal und/oder ein akustisches Signal durch die Auswerteeinrichtung (AE) veranlasst und/oder ausgegeben.
Für die Erkennung können noch weitere Sensoren Parameter (37) Messwertsignale beisteuern, die dem Feature-Vektor-Signal zugeschlagen werden und typischerweise dessen Busbreite erhöhen. Ein solcher Parameter kann beispielsweise eine Temperatur und/oder eine Bias-Infrarotstrahlung sein.
9 zeigt verschiedene mögliche Fälle bei der Erkennung der Zustandsprototypen durch die Emissions-Berechnungs-Einheit.
Die Zeichnung ist zur Vereinfachung zweidimensional gezeichnet, um das Prinzip zu erläutern. Jedes Feature-Vektor-Signal (S4V, 24, 38) weist praktisch immer mehr als zwei Teilsignale auf.
Die Figur zeigt beispielhaft vier Schwerpunkte von vier beispielhaften Zustandsprototypen (41, 42, 43, 44) wie sie in der Prototypendatenbank (15) hiterlegt sein können. Diese sind von Streubereichen umgeben, die in diesem Fall elliptisch sein können. Die Streubereiche sind typischerweise ebenfalls in der Prototypendatenbank (15) hinterlegt. Im Falle nicht sphärischer Streubereiche, können diese geeignet parametrisiert ebenfalls in der Zustandsprototypendatenbank (15) abgelegt werden.
Es werden nun nacheinander beispielhaft drei Werte des modifizierten Feature-Vektor-Signals (45, 46, 48) in die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) gegeben. Diese stellt nun fest, dass der erste Wert des modifizierten Feature-Vektor-Signals (46) außerhalb aller Streubereiche aller Prototypen in der Prototypendatenbank (15) liegt. Dieser Wert des Feature-Vektor-Signals (46) wird daher keinem Zustandsprototypen der Prototypendatenbank (15) zugeordnet und daher nicht erkannt.
Für den zweiten Wert des modifizierten Feature-Vektor-Signals (48) stellt die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) fest, dass der Wert innerhalb des Streufeldes (47) des ersten Zustandsprototypen (41) liegt. Damit wird diesem Wert des modifizierten Feature-Vektor-Signals (48) die Klasse des ersten Zustandsprototypen (41) durch die Emissions-Berechnung (12) zugewiesen.
Es kann der Fall auftreten, dass mehrere Streubereiche von Zustandsprototypen sich überlagern und daher keine eindeutige Zuordnung möglich ist. Dies ist bei dem beispielhaften ersten Wert des modifizierten Feature-Vektor-Signals (45) der Fall. Typischerweise werden diesem Wert des modifizierten Feature-Vektor-Signals (45) nun diese beiden Zustandsprototypen (43 und 42) zugewiesen. Typischerweise werden beide Zustandsprototypen (43, 42) mit den jeweiligen Abständen und oder Wahrscheinlichkeiten als Hypothesenliste über das Klassifikationsergebnissignal (39) ausgegeben. Natürlich kann auch eine Vorrangschaltung oder ähnliches implementiert werden, die in solchen Fällen entweder einen Zustandsprototypen selektiert (z.B. den gefährlicheren) und/oder keinen Prototypen selektiert, was aber sicherheitstechnisch jedoch bedenklich sein könnte.
10 stellt eine Kombination der Struktur aus 6 und 7 dar, soweit hier mehrere Sender (H1 bis H4) mit unterschiedlichen Schwerpunktswellenlängen (λ_s1 bis λ_s4) in mehrere Empfänger (D1 bis D4) mit mehreren Empfängerschwerpunktswellenlängen (λ_d1 bis λ_d4) Sender (H1 bis H4) und oder Empfänger (D1 bis D4) sollten dabei jeweils so breitbandig sein, dass es für jeden Sender (H1 bis H4) mindestens einen Empfänger (D1 bis D4) gibt, der sein Signal empfangen kann und es für jeden Empfänger (D1 bis D4) mindestens einen Sender (H1 bis H4) gibt, der durch diesen jeweiligen Empfänger empfangen werden kann. In diesem Beispiel ist allerdings nur eine Verarbeitungseinheit (CT) vorgesehen, die sequentiell hintereinander jeweils eine Paarung aus einem Sender der Sender (H1 bis H4) und einem Empfänger der Empfänger (D1 bis D4) vermisst. Hierbei wird über einen ersten Multiplexer (MUX1) der jeweilige Empfänger mit der Verarbeitungseinheit (CT) verbunden und über einen zweiten Multiplexer (MUX2) der entsprechende Generator der Generatoren (G1 bis G4) mit der Verarbeitungseinheit (CT) verbunden. Stattdessen kann natürlich auch ein Generator einfach umgestellt werden und das jeweilige Sendesignal aktivieren und alle anderen Sendesignale auf 0 legen oder einfach nur inaktivieren.
11 zeigt ein beispielhaftes System, bei dem n Sender (H1 bis Hn) von den Reglern anstelle der Kompensationssender gesteuert werden. Die Regler erzeugen also nicht das Kompensationssendesignal sondern die zugehörigen Sendesignale (S5_1 bis S5_n). Demgegenüber wird der Kompensationssender mit dem Überlagerten Signal von n Generatoren (G1 bis Gn) betrieben. Die Ausgangssignale (S3_1 bis S3_n) der n Generatoren, die in diesem Fall die Kompensationssendesignale (S3_1 bis S3_n) sind, werden dabei so gewählt, dass sie orthogonal zueinander sind. Das Kompensationssendesignal (S3) entsteht dabei aus den einzelnen Generatorausgangssignalen durch Addition. Es wird mit einem Bias wie zuvor versehen, um den Kompensationssender (K1) ansteuern zu können, der wieder überlagernd in den Empfänger (D1) einstrahlt. Das Empfängerausgangssignal (S0) wird wieder durch den optionalen Vorverstärker (V0) zum modifizierten Empfängerausgangssignal (S1) verstärkt. Dieses wird in drei Reglern, bestehend jeweils aus einem ersten Multiplexer (M1_1, M1_2, M1_n) zur Multiplikation mit dem entsprechenden Generatorausgangssignal (S3_1, S3_2, S3_n) zum jeweiligen Filtereingangssignal (S8_1, S8_2, S8_n) und einem Tiefpassfilter (F1, F2, Fn) zur Bildung der besagten Skalar-Produkte und Bildung der Filterausgangssignale (S9_1, S9_2, S9_n) und Verstärkung in den jeweiligen Verstärkern (V1, V2, Vn) zu den jeweiligen Verstärkerausgangssignalen (S4_1, S4_2, S4_n), die auch das jeweilige Messergebnis für die jeweilige Schwerpunktswellenlänge (λ_s1, λ_s2, λ_sn) als Messwertsignale (AMS₁ bis AMS_n) darstellen, und Multiplikation mit dem jeweiligen Kompensationssendesignal (S3_1, S3_2, S3_n) zum jeweiligen Sendesignal (S5_1, S5_2, S5_n) und schließlich Addition eines Bias (BH1, BH2, BHn) zu diesen Signalen und Erzeugung der jeweiligen Senderansteuersignale (S5H1, S5H2, S5Hn) zur Ansteuerung der Sender (H1, H2, Hn), die wieder überlagernd in den Empfänger (D1) einstrahlen.
Dies ist nur ein Beispiel für die kompensierende Regelung der Sender anstelle der zuvor erläuterten kompensierenden Regelung der Kompensationssender. Natürlich sind auch Kombinationen beider Regelungen denkbar, die aber hier, da für einen Fachmann offensichtlich, nicht weiter diskutiert werden. Auch sind zu den vorhergehenden Figuren mit Kompensationssenderregelung korrespondierende Strukturen mit Senderegelung stets denkbar. Wie zuvor erfolgt die Regelung bei geeigneter Wahl der Verstärkungsfaktoren und deren Vorzeichen in den Verstärkern (V1, V2, Vn) so, dass die Anteile der Kompensationssendesignale (S3_1, S3_2, S3_n) in dem Empfängerausgangssignal (S0) bis auf einen Regelfehler und Systemrauschen verschwinden.
12 zeigt den Regler aus 2 ohne Regelung der Verzögerung. Dieser Regler wird dann eingesetzt, wenn nur ein erstes Bewertungsergebnis (A_i) gemessen werden soll.
13 zeigt einen beispielhafte Hypothesenliste, wie sie beispielsweise von der Emissions-Berechnungs-Einheit (12) über das Klassifikationsergebnissignals (39) ausgegeben wird. Sie besteht aus der erkannten Zustandsklasse und einem Wert, der die Bewertung, beispielsweise wie hier die Wahrscheinlichkeit, angibt. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es günstig ist, zur Festlegung der Reihenfolge in der Hypothesenliste eine Bewertungszahl zu bilden. Eine mögliche Bewertungszahl kann beispielsweise wie folgt gebildet werden:
Gefährlichkeit der als möglicherweise zutreffend erkannten Klasse /Abstand des modifizierten Feature-Vektors vom betreffenden Zustandsprototypenmittelwertvektor = Bewertungszahl.
Hierbei soll die Zahl, die die Gefährlichkeit wiedergibt umso höher sein, je gefährlicher der Zustand bewertet wird.
14 zeigt eine Einbausituation, bei der der Abstand (d) zwischen Detektor-Ebene und Decke (CE) nicht Null ist.
Bezugszeichenliste

11: Feature-Extraktions-Einheit
12: Emissions-Berechnungs-Einheit
14: LDA-Matrix. Bei der LDA-Matrix handelt es sich typischerweise um einen Koeffizienten-Speicher in dem die Koeffizienten für die Multiplikation in der Feature-Extraktion (11) abgelegt sind. Die Koeffizienten können analog und/oder digital abgelegt sein und über einen Zeit- und/oder Raummultiplex mittels eines Signals an die Feature-Extraktion weitergegeben werden.
15: Prototypendatenbank umfassend prototypische Mittelwertvektoren vordefinierter Zustände (Zustandsprototypen) und typischerweise Radien von Streubereichen. Die Werte entsprechen typischerweise den erwarteten Werten des modifizierten Feature-Vektor-Signals (38), wenn das System einen solchen prototypischen Fall misst.
17: Training zur Ermittlung der Daten, die in den LDA-Matrix-Speicher (14) und die Prototypendatenbank (15) einprogrammiert werden oder zum Zeitpunkt der Produktion der Vorrichtung fest eingeprägt werden.
18: Trainingsdatenbasis
24: erweitertes Feature-Vektor-Signal
38: modifiziertes Feature-Vektor-Signal
39: Partikelklasse und/oder Klassifikationsergebnis in Form eines Klassifikationsergebnissignals.
41: beispielhafter Zustandsprototyp
42: beispielhafter Zustandsprototyp
43: beispielhafter Zustandsprototyp
44: beispielhafter Zustandsprototyp
45: beispielhafter Wert des modifizierten Feature-Vektor-Signals
46: beispielhafter Wert des modifizierten Feature-Vektor-Signals
48: beispielhafter Wert des modifizierten Feature-Vektor-Signals
AE: Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit umfasst mehrere Teilvorrichtungen, die die Klassifikation der erhaltenen Messergebnisse anhand von Prototypendaten durchführen.
AR: mittlerer Punkt der Reflektion des Lichts der Sender
A_i: Amplitudenmesswert für den i-ten Kanal (ein erstes Bewertungsergebnis)
(A_i(λ_s, λ_d, φ)): Amplitudenmesswert für den i-ten Kanal (ein erstes Bewertungsergebnis), der spezifisch für die Schwerpunktswellenlänge λs des i-ten Senders (Hi) und/oder für die Empfängerschwerpunktswellenlänge λd des Empfängers (Di) und/oder für ein Raumwinkelsegment φ ist.
A₁: Amplitudenmesswert für den ersten Kanal (ein erstes Bewertungsergebnis)
A₂: Amplitudenmesswert für den zweiten Kanal (ein erstes Bewertungsergebnis)
A₃: Amplitudenmesswert für den dritten Kanal (ein erstes Bewertungsergebnis)
A₄: Amplitudenmesswert für den vierten Kanal (ein erstes Bewertungsergebnis)
A_n: Amplitudenmesswert für den n-ten Kanal (ein erstes Bewertungsergebnis)
A_m: Amplitudenmesswert für den m-ten Kanal (ein erstes Bewertungsergebnis)
A: Eingang eines Reglers (siehe 4) für das Sendesignal
A1: erster Addierer
A2: zweiter Addierer
AMS: Amplitudenmesswertsignal. Das Amplitudenmesswertsignal ist typischerweise Teil des initialen Feature-Vektor-Signals (S4V). Das Amplitudenmesswertsignal repräsentiert einen Amplitudenmesswert (A_n), wobei n beliebig ist.
AMS₁: Amplitudenmesswertsignal für den ersten Kanal
AMS₂: Amplitudenmesswertsignal für den zweiten Kanal
AMS₃: Amplitudenmesswertsignal für den dritten Kanal
AMS₄: Amplitudenmesswertsignal für den vierten Kanal
AMS_n: Amplitudenmesswertsignal für den n-ten Kanal
AMS_m: Amplitudenmesswertsignal für den m-ten Kanal
AMS_i: Amplitudenmesswertsignal für den i-ten Kanal
a_i: Schwellwert für den i-ten Amplitudenmesswert A_i des entsprechenden i-ten Amplitudenmesswertsignals (AMS_i.) Der Schwellwertkorrespondiert typischerweise mit einem entsprechenden Pegel auf einem zugehörigen Schwellwertsignal.
a_i(x): ortsabhängiger Schwellwert für den i-ten Amplitudenmesswert A_i. Der Schwellwertkorrespondiert typischerweise mit einem entsprechenden Pegel auf einem zugehörigen Schwellwertsignal.
(a_i(λ_s, λ_d, φ)): Schwellwert für den i-ten Amplitudenmesswert A_i), derpezifisch für die Schwerpunktswellenlänge λs des i-ten Senders (Hi) und/oder für die Empfängerschwerpunktswellenlänge λd des Empfängers (Di) und/oder für ein Raumwinkelsegment φ ist.
.: Der Schwellwert korrespondiert typischerweise mit einem entsprechenden Pegel auf einem zugehörigen Schwellwertsignal.
a_n: Schwellwert für den n-ten Amplitudenmesswert A_n. Der Schwellwertkorrespondiert typischerweise mit einem entsprechenden Pegel auf einem zugehörigen Schwellwertsignal.
a_m: Schwellwert für den m-ten Amplitudenmesswert A_m. Der Schwellwertkorrespondiert typischerweise mit einem entsprechenden Pegel auf einem zugehörigen Schwellwertsignal.
a₁: Schwellwert für den ersten Amplitudenmesswert A₁. Der Schwellwertkorrespondiert typischerweise mit einem entsprechenden Pegel auf einem zugehörigen Schwellwertsignal.
b: Eingang eines Reglers (siehe 4) für das Eingangssignal
B1: Offsetwert
BH: Bias für die Senderansteuerung
BH1: Bias für die Senderansteuerung des ersten Senders (H1)
BH1: Bias für die Senderansteuerung des zweiten Senders (H2)
BH1: Bias für die Senderansteuerung des dritten Senders (H3)
BH1: Bias für die Senderansteuerung des vierten Senders (H4)
BHn: Bias für die Senderansteuerung des n-ten Senders (Hn)
CE: Decke
CT: Verarbeitungseinheit, typischerweise verwendet, wenn nur ein Empfänger (D) und nur ein Sender (H) verwendet werden. (wird an einigen Stellen im Text auch als Regler bezeichnet, insbesondere dann, wenn die innere Struktur der der 4 oder 12 entspricht.
CT1: erste Verarbeitungseinheit, typischerweise verwendet, wenn ein erster Empfänger (D1) und/oder ein erster Sender (H1) verwendet werden. (wird an einigen Stellen im Text auch als Regler bezeichnet, insbesondere dann, wenn die innere Struktur der der 4 oder 12 entspricht.
CT2: zweite Verarbeitungseinheit, typischerweise verwendet, wenn ein zweiter Empfänger (D2) und/oder ein zweiter Sender (H2) verwendet werden. (wird an einigen Stellen im Text auch als Regler bezeichnet, insbesondere dann, wenn die innere Struktur der der 4 oder 12 entspricht.
CT_1: erste Verarbeitungseinheit, die innere Struktur entspricht der Verarbeitungseinheit CT
CT_2: zweite Verarbeitungseinheit, die innere Struktur entspricht der Verarbeitungseinheit CT
CT_3: dritte Verarbeitungseinheit, die innere Struktur entspricht der Verarbeitungseinheit CT
CT_4: vierte Verarbeitungseinheit, die innere Struktur entspricht der Verarbeitungseinheit CT
CT_n: n-te Verarbeitungseinheit, die innere Struktur entspricht der Verarbeitungseinheit CT
CT_m: m-te Verarbeitungseinheit, die innere Struktur entspricht der Verarbeitungseinheit CT
CT_i: i-te Verarbeitungseinheit, die innere Struktur entspricht der Verarbeitungseinheit CT
d: Abstand zwischen Detektorebene des Luftzustandssensors (SD) und der Decke (CE) (siehe 14)
d: Ausgang eines Reglers (siehe 4) für das Verstärkerausgangssignal des Zweiges zur Regelung der Amplitude (S4)
D: Empfänger, typischerweise verwendet, wenn nur ein Empfänger verwendet wird.
DB: Datenbus
D1: erster Empfänger
D2: zweiter Empfänger
D3: dritter Empfänger
D4: vierter Empfänger
Dn: n-ter Empfänger
Δω: Sendesignalbandbreite (im Falle der 11 Kompensationssignalbandbreite)
Δt1: erste Verzögerungseinheit
Δt2: zweite Verzögerungseinheit
e: Ausgang eines Reglers (siehe 4) für das Kompensationssendesignal (S3)
F: Filter (typischerweise ein Tiefpassfilter, der das Sendesignal (bzw. im Falle der 11 das jeweilige Kompensationssendesignal) nicht durchlässt.)
f: Ausgang eines Reglers (siehe 4) für das Verstärkerausgangssignal des Zweiges zur Regelung der Verzögerung (S4d)
FE: Filtereinheit
F1: erster Filter (typischerweise ein Tiefpassfilter, der das Sendesignal (bzw. im Falle der 11 das jeweilige Kompensationssendesignal) nicht durchlässt.)
F2: zweiter Filter (typischerweise ein Tiefpassfilter, der das Sendesignal (bzw. im Falle der 11 das jeweilige Kompensationssendesignal) nicht durchlässt.)
F3: dritter Filter (typischerweise ein Tiefpassfilter, der das Sendesignal (bzw. im Falle der 11 das jeweilige Kompensationssendesignal) nicht durchlässt.)
F4: vierte Filter (typischerweise ein Tiefpassfilter, der das Sendesignal (bzw. im Falle der 11 das jeweilige Kompensationssendesignal) nicht durchlässt.)
Fn: n-ter Filter (typischerweise ein Tiefpassfilter, der das Sendesignal (bzw. im Falle der 11 das jeweilige Kompensationssendesignal) nicht durchlässt.)
FL: Fußboden
G: Generator
G1: erster Generator
G2: zweiter Generator
G3: dritter Generator
Gn: n-ter Generator
H: Sender (typischerweise verwendet, wenn nur ein Sender verwendet wird)
H1: erster Sender
H1: zweiter Sender
H3: dritter Sender
H4: vierter Sender
Hn: n-ter Empfänger
I1: erster Übertragungskanal, hier so benutzt, dass es der Übertragungskanal zwischen Sender (H) und mittlerem Reflexionspunkt (AR) darstellt.
I2: zweiter Übertragungskanal, hier so benutzt, dass es der Übertragungskanal zwischen mittleren Reflexionspunkt (AR) und einem Empfänger (D) darstellt, der sich in der Nähe des Senders (H) befindet. Über diesen Übertragungskanal wird vorwiegend reflektiertes Licht übermittelt.
I3: dritter Übertragungskanal, hier so benutzt, dass es der Übertragungskanal zwischen mittleren Reflexionspunkt (AR) und einem Empfänger (D) darstellt, der sich beabstandet von dem Senders (H) befindet. Über diesen Übertragungskanal wird vorwiegend gestreutes Licht übermittelt.
I1‘: erster Übertragungskanal, hier so benutzt, dass es der Übertragungskanal zwischen Sender (H) und dem Fußboden (FL) darstellt.
I2‘: zweiter Übertragungskanal, hier so benutzt, dass es der Übertragungskanal zwischen dem Fußboden (FL) und einem Empfänger (D) darstellt, der sich in der Nähe des Senders (H) befindet. Über diesen Übertragungskanal wird vorwiegend reflektiertes Licht übermittelt.
I3‘: dritter Übertragungskanal, hier so benutzt, dass es der Übertragungskanal zwischen dem Fußboden (FL) und einem Empfänger (D) darstellt, der sich beabstandet von dem Senders (H) befindet. Über diesen Übertragungskanal wird vorwiegend gestreutes Licht übermittelt.
I4: vierter Übertragungskanal, zur Übertragung des Lichts des Kompensationssenders (K) zum Empfänger (D), der das Licht des Kompensationssenders (K) überlagernd empfängt.
I4_1: vierter Übertragungskanal, zur Übertragung des Lichts des ersten Kompensationssenders (K1) zum ersten Empfänger (D1), der das Licht des ersten Kompensationssenders (K1) überlagernd empfängt.
I4_2: vierter Übertragungskanal, zur Übertragung des Lichts des zweiten Kompensationssenders (K2) zum zweiten Empfänger (D2), der das Licht des zweiten Kompensationssenders (K2) überlagernd empfängt.
I4_3: vierter Übertragungskanal, zur Übertragung des Lichts des dritten Kompensationssenders (K3) zum dritten Empfänger (D3), der das Licht des dritten Kompensationssenders (K3) überlagernd empfängt.
I4_4: vierter Übertragungskanal, zur Übertragung des Lichts des vierten Kompensationssenders (K4) zum vierten Empfänger (D4), der das Licht des vierten Kompensationssenders (K4) überlagernd empfängt.
I4_n: vierter Übertragungskanal, zur Übertragung des Lichts des n-ten Kompensationssenders (Kn) zum n-ten Empfänger (Dn), der das Licht des n-ten Kompensationssenders (Kn) überlagernd empfängt.
IF: Ausgabeeinheit und/oder Datenschnittstelle, die drahtlos und/oder drahtgebunden sein kann.
K: Kompensationssender (typischerweise verwendet, wenn nur ein Kompensationssender verwendet wird, was der Fall ist, wenn nur ein Empfänger (D) verwendet wird.
K1: erster Kompensationssender, der überlagernd in den ersten Empfänger (D1) einstrahlt.
K2: zweiter Kompensationssender, der überlagernd in den zweiter Empfänger (D2) einstrahlt.
K3: dritter Kompensationssender, der überlagernd in den dritter Empfänger (D3) einstrahlt.
K4: vierte Kompensationssender, der überlagernd in den vierter Empfänger (D4) einstrahlt.
Km: n-ter Kompensationssender, der überlagernd in den m-ter Empfänger (Dm) einstrahlt.
λ_d0: Empfängerschwerpunktswellenlänge des Empfängers (D) sofern nur ein Empfänger vorhanden ist
λ_d1: Empfängerschwerpunktswellenlänge des ersten Empfängers (D1)
λ_d2: Empfängerschwerpunktswellenlänge des zweiten Empfängers (D2)
λ_d3: Empfängerschwerpunktswellenlänge des dritten Empfängers (D3)
λ_d4: Empfängerschwerpunktswellenlänge des vierten Empfängers (D4)
λ_dm: Empfängerschwerpunktswellenlänge des m-ten Empfängers (Dm)
λ_s0: Schwerpunktswellenlänge des Senders (H) sofern nur ein Sender vorhanden ist
λ_s: Schwerpunktswellenlänge eines Senders (H)
λ_s1: Schwerpunktswellenlänge des ersten Senders (H1)
λ_s2: Schwerpunktswellenlänge des zweiten Senders (H2)
λ_s3: Schwerpunktswellenlänge des dritten Senders (H3)
λ_s4: Schwerpunktswellenlänge des vierten Senders (H4)
λ_sn: Schwerpunktswellenlänge des n-ten Senders (Hn)
M1: erste Multiplikationseinheit
M1_1: erste Multiplikationseinheit im ersten Kanal
M1_2: erste Multiplikationseinheit im zweiten Kanal
M1_3: erste Multiplikationseinheit im dritten Kanal
M1_4: erste Multiplikationseinheit im vierten Kanal
M2: zweite Multiplikationseinheit
M2_1: zweite Multiplikationseinheit im ersten Kanal
M2_2: zweite Multiplikationseinheit im zweiten Kanal
M2_3: erste Multiplikationseinheit im dritten Kanal
M2_4: zweite Multiplikationseinheit im vierten Kanal
MUX1: erster Multiplexer
MUX2: zweiter Multiplexer
ω_min: untere Grenzfrequenz des Sendesignals (im Falle der 11 des Kompensationssendesignals)
ω_max: obere Grenzfrequenz des Sendesignals (im Falle der 11 des Kompensationssendesignals)
ω_F1: Tiefpassgrenzfrequenz des ersten Filters F1
ORT: Orthogonalisierungseinheit. Diese erzeugt aus einem Sendesignal (S5) und einem verzögerten Sendesignal (S5d) zwei zueinander orthogonale Sendesignale S5o1 und S5o2.
S0: Empfängerausgangssignal
S1: modifizierte Empfängerausgangssignal (dieses kann bei Wegfall des Vorverstärkers (V0) auch gleich dem jeweiligen Empfängerausgangssignal (S0) sein)
S3: Kompensationssendesignal zur Speisung des Kompensationssenders (K)
S3_1: erstes Kompensationssendesignal, das den ersten Kompensationssender (K1) speist
S3_2: zweites Kompensationssendesignal, das den zweiten Kompensationssender (K2) speist
S3_3: drittes Kompensationssendesignal, das den dritten Kompensationssender (K3) speist
S3_4: viertes Kompensationssendesignal, das den vierten Kompensationssender (K4) speist
S3_n: n-tes Kompensationssendesignal, das den n-ten Kompensationssender (Kn) speist
S4: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Amplitude
S4_1: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Amplitude des ersten Kanals
S4_2: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Amplitude des zweiten Kanals
S4_3: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Amplitude des dritten Kanals
S4_4: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Amplitude des vierten Kanals
S4_n: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Amplitude des n-ten Kanals
S4_m: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Amplitude des m-ten Kanals
S4_i: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Amplitude des i-ten Kanals
S4d: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Verzögerung
S4d_1: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Verzögerung des ersten Kanals
S4d_2: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Verzögerung des zweiten Kanals
S4d_3: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Verzögerung des dritten Kanals
S4d_4: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Verzögerung des vierten Kanals
S4d_n: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Verzögerung des n-ten Kanals
S4d_m: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Verzögerung des m-ten Kanals
S4d_i: Verstärkerausgangssignal des Regelzweiges der Verzögerung des i-ten Kanals
S4V: initiales Feature Vektorsignal. Es besteht beispielsweise aus den Ausgangssignalen (S4_1 bis S4_n), die die Amplitudenmesswertsignale (AMS1 bis AMS_n) darstellen, und den Ausgangssignalen (S4d_1 bis S4d_n), die die Verzögerungsmesswertsignale (VMS₁ bis VMS_n) darstellen, wobei diese Signale typischerweise den Reglern (CT_1 bis CT_n) entstammen.
S5: Sendesignal
S5d: verzögertes Sendesignal
S5_1: Sendesignal des ersten Senders (H1)
S5_2: Sendesignal des zweiten Senders (H2)
S5_3: Sendesignal des dritten Senders (H3)
S5_4: Sendesignal des vierten Senders (H4)
S5_n: Sendesignal des n-ten Senders (Hn)
S5H: Senderansteuersignal des Senders (H)
S5H1: Senderansteuersignal des ersten Senders (H1)
S5H2: Senderansteuersignal des zweiten Senders (H2)
S5H3: Senderansteuersignal des dritten Senders (H3)
S5H4: Senderansteuersignal des vierten Senders (H4)
S5Hn: Senderansteuersignal des n-ten Senders (Hn)
S5o1: erstes orthogonales Sendesignal
S5o2: zweites orthogonales Sendesignal
S6v: nicht verzögertes Kompensationsvorsignal
S6: Kompensationsvorsignal
S8: Filtereingangssignal
S8_1: Filtereingangssignal des ersten Kanals
S8_n: Filtereingangssignal des n-ten Kanals
S9: Filterausgangssignal
S9_1: Filterausgangssignal des ersten Kanals
S9_n: Filterausgangssignal des n-ten Kanals
SD: Luftzustandssensor
SE: Signalverarbeitungseinheit. Die Signalverarbeitungseinheit ist typischerweise eineeilvorrichtung der Auswerteeinheit (AE)
ST: Steuerung
SM: Rauch und/oder Dunst etc.
T_i: Verzögerungsmesswert für den i-ten Kanal (ein zweites Bewertungsergebnis)
(T_i(λ_s, λ_d, φ)): Verzögerungsmesswert für den i-ten Kanal (ein zweites Bewertungsergebnis), der spezifisch für die Schwerpunktswellenlänge λs des i-ten Senders (Hi) und/oder für die Empfängerschwerpunktswellenlänge λd des Empfängers (Di) und/oder für ein Raumwinkelsegment φ ist.
T_n: Verzögerungsmesswert für den n-ten Kanal (ein zweites Bewertungsergebnis)
T_m: Verzögerungsmesswert für den m-ten Kanal (ein zweites Bewertungsergebnis)
T₁: Verzögerungsmesswert für den ersten Kanal (ein zweites Bewertungsergebnis)
T₂: Verzögerungsmesswert für den zweiten Kanal (ein zweites Bewertungsergebnis)
T₃: Verzögerungsmesswert für den dritten Kanal (ein zweites Bewertungsergebnis)
T₄: Verzögerungsmesswert für den vierten Kanal (ein zweites Bewertungsergebnis)
t_i: Schwellwert für den i-ten Verzögerungsmesswert T_i
t_i(x): ortsabhängiger Schwellwert für den i-ten Verzögerungsmesswert T_i
(t_i(λ_s, λ_d, φ)): Schwellwert für den i-ten Verzögerungsmesswert T_i), der spezifisch für die Schwerpunktswellenlänge λs des i-ten Senders (Hi) und/oder für die Empfängerschwerpunktswellenlänge λd des Empfängers (Di) und/oder für ein Raumwinkelsegment φ ist.
t_n: Schwellwert für den n-ten Verzögerungsmesswert T_n. Der Schwellwertkorrespondiert typischerweise mit einem entsprechenden Pegel auf einem zugehörigen Schwellwertsignal.
t_m: Schwellwert für den m-ten Verzögerungsmesswert T_m. Der Schwellwertkorrespondiert typischerweise mit einem entsprechenden Pegel auf einem zugehörigen Schwellwertsignal.
t₁: Schwellwert für den ersten Verzögerungsmesswert T₁. Der Schwellwertkorrespondiert typischerweise mit einem entsprechenden Pegel auf einem zugehörigen Schwellwertsignal.
V0: Vorverstärker (optional)
V1: erster Verstärker
V2: zweiter Verstärker
V3: dritter Verstärker
V4: vierter Verstärker
VES: Vergleichsergebnissignal
VMS: Verzögerungsmesswertsignal. Das Verzögerungsmesswertsignal ist typischerweise Teil des initialen Feature-Vektor-Signals (S4V). Das Verzögerungsmesswertsignal repräsentiert einen Verzögerungsmesswert (T_n), wobei n beliebig ist.
VMS₁: Verzögerungsmesswertsignal für den Verzögerungsmesswert (T_i) des ersten Kanals.
VMS₂: Verzögerungsmesswertsignal für den Verzögerungsmesswert (T_i) des zweiten Kanals.
VMS₃: Verzögerungsmesswertsignal für den Verzögerungsmesswert (T_i) des dritten Kanals.
VMS₄: Verzögerungsmesswertsignal für den Verzögerungsmesswert (T_i) des vierten Kanals.
VMS_n: Verzögerungsmesswertsignal für den Verzögerungsmesswert (T_i) des n-ten Kanals.
VMS_m: Verzögerungsmesswertsignal für den Verzögerungsmesswert (T_i) des m-ten Kanals.
VMS_i: Verzögerungsmesswertsignal für den Verzögerungsmesswert (T_i) des i-ten Kanals.
Vn: n-ter Verstärker

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Luftzustandssensors umfassend die Schritte a. Aussenden von Licht durch mindestens einen Sender (H) in Abhängigkeit von einem Sendesignal (S5) in eine erste Übertragungsstrecke (I1, l1') in der Rauch und/oder Dunst und/oder Aerosole und/oder Staub und/oder Partikel und/oder andere Raumluftbelastungen detektiert werden sollen; b. Empfangen zumindest des auf dem ausgesendeten Licht beruhenden zurückgestreuten und/oder reflektierten Lichts nach Durchlauf durch eine weitere Übertragungsstrecke (I2, I3, l2', l3') durch mindestens einen Empfänger (D), c. wobei die Übertragungsstrecken (I1, I2, I3, I1‘, I2‘, I3‘) zumindest teilweise im Freiraum außerhalb einer Rauchkammer und/oder des Luftzustandssensors verlaufen; d. Aussenden von Licht durch mindestens einen Kompensationssender (K) basierend auf einem Kompensationssendesignal (S3) in eine innerhalb des Luftzustandssensors liegende Kompensationsübertragungsstrecke (I4), die sich von der ersten Übertragungsstrecke (I1, l1') unterscheidet; e. Überlagerndes Empfangen zumindest des ausgesendeten Licht des Kompensationssenders (K) durch den mindestens einen Empfänger (D); f. Ausgabe eines Empfängerausgangssignals (S0) durch den Empfänger (D) in zumindest teilweiser Abhängigkeit von zumindest einem Teil des zurückgestreuten und/oder reflektierten und/oder transmittierten Lichts; g. Bewertung mindestens einer Amplitude des mindestens des einen Empfängerausgangssignals (S0) zu zumindest einem Zeitpunkt nach der Aussendung des Lichts durch mindestens eine Verarbeitungseinheit (CT) durch Ermittlung eines quantitativen ersten Bewertungsergebnisses (A₁); h. Ausregeln des Sendesignals (S5) und/oder des Kompensationssendesignals (S3) durch eine Verarbeitungseinheit (CT), die mit einer oder mehreren der vorhergehenden Verarbeitungseinheiten identisch sein kann, in Amplitude und/oder Verzögerung und/oder Phasenlage zueinander in der Art, dass das Empfängerausgangssignal (S0) bis auf einen Regelfehler und/oder Systemrauschen keine Anteile des Sendesignals (S5) mehr enthält; i. Ermitteln zumindest einer Amplitude (A₁) des besagten Empfängerausgangssignals (S0) und/oder eines die Amplitude repräsentierenden Signals (S4) als Amplitudenmesswertsignal (AMS₁) zu zumindest einem Zeitpunkt nach der Aussendung des Lichts gegenüber dem Sendesignal (S5) zur Ermittlung der Lichtdämpfung des zurückgestreuten und/oder reflektierten Lichts bezogen auf einen Zeitpunkt der Aussendung des ausgesendeten Lichtes durch mindestens eine Verarbeitungseinheit (CT), die mit einer oder mehreren der vorhergehenden Verarbeitungseinheiten identisch sein kann, wobei der ermittelte Amplitudenwert ein erstes Bewertungsergebnis (A₁) in Form des Amplitudenmesswertsignals (AMS₁) darstellt j. Ermitteln zumindest einer Verzögerung (T₁) des besagten Empfängerausgangssignals (S0) und/oder eines diese Verzögerung repräsentierenden Signals (S4d) als Verzögerungsmesswertsignal (VMS₁) zu zumindest einem Zeitpunkt nach der Aussendung des Lichts gegenüber dem Sendesignal (S5) zur Ermittlung der Lichtlaufzeit des zurückgestreuten und/oder reflektierten Lichts bezogen auf einen Zeitpunkt der Aussendung des ausgesendeten Lichtes durch mindestens eine Verarbeitungseinheit (CT), die mit einer oder mehreren der vorhergehenden Verarbeitungseinheiten identisch sein kann, wobei die ermittelte Verzögerung ein zweites Bewertungsergebnis (T₁) in Form des Verzögerungsmesswertsignals (VMS₁) darstellt;. k. Bilden mindestens eines initialen Feature-Vektor-Signals (S4V) aus dem Verzögerungsmesswertsignal (VMS₁) und/oder dem Amplitudenmesswertsignal (AMS1), wobei das initiale Feature-Vektor-Signal (S4V) aus mehreren Einzelsignalen bestehen kann; l. wiederholender Vergleich eines jeweiligen Momentan-Wertes des initialen Feature-Vektor-Signals (S4V) oder eines daraus abgeleiteten Signals (24, 38) durch eine Emissions-Berechnungs-Einheit (12) mit prototypischen Werten, den Zustandsprototypen, die einer Prototypendatenbank (15) entstammen, wobei das Vergleichsergebnis des Vergleiches ein Abstandswert ist; m. Selektion mindestens eines selektierten Zustandsprototypen der besagten Prototypendatenbank (15) aufgrund dieses Abstandswertes durch die Emissions-Berechnungs-Einheit (12) für den aktuellen Wert des initialen Feature-Vektor-Signals (S4V) und/oder den aktuellen Wert eines daraus abgeleiteten Signals (24, 38) zu einem selektierten Zustandsprototypen; n. Ausgabe zumindest eines selektierten Zustandsprototypen als Klassifikationsergebnis über ein Klassifikationsergebnissignal (39) durch die Emissions-Berechnungs-Einheit (12); o. Ausgabe zumindest eines Abstandswertes über das Klassifikationsergebnissignal (39) durch die Emissions-Berechnungs-Einheit (12), der dem bewerteten Wert des bewerteten Feature-Vektor-Signals (S4V, 24, 38) relativ zum selektierten Zustandsprototypen zugeordnet ist; p. Ausgabe weiterer selektierter Zustandsprototypen und zugehöriger weiterer Abstandswerte zur Erzeugung und/oder Ausgabe einer Hypothesenliste über ein Klassifikationsergebnissignal (39) durch die Emissions-Berechnungs-Einheit (12), wobei die Hypothesenliste auch den selektierten Zustandsprototypen und dessen Abstandswert zum bewerteten Wert des bewerteten Feature-Vektor-Signals (S4V, 24, 38) umfasst; q. Ermittlung der wahrscheinlichsten Kette von Zustandsprototypen und Prognose mindestens eines folgenden prognostizierten Betriebszustandes oder einer prognostizierten Betriebszustandssequenz; r. Einleitung von Maßnahmen aufgrund des prognostizierten Betriebszustandes oder der prognostizierten Betriebszustandssequenz
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch umfassend den Schritt Ermittlung der wahrscheinlichsten Kette von Zustandsprototypen und Prognose mindestens eines folgenden prognostizierten Betriebszustandes oder einer prognostizierten Betriebszustandssequenz mittels des Viterbi-Algorithmus;
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche umfassend den Schritt Ergänzung des initialen Feature-Vektor-Signals (S4V) aus den Bewertungsergebnissen (A₁ bis A_n, T₁ bis T_n) um Messergebnissignale anderer Sensoren und/oder Signale anderer Sensorsysteme zum erweiterten Feature-Vektor-Signal (24).
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche umfassend den Schritt Ergänzung des initialen Feature-Vektor-Signals (S4V) aus den Bewertungsergebnissen (A₁ bis A_n, T₁ bis T_n) um Messergebnissignale von Temperaturmessvorrichtungen zum erweiterten Feature-Vektor-Signal (24).
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche umfassend den Schritt Ergänzung des initialen Feature-Vektor-Signals (S4V) aus den Bewertungsergebnissen (A₁ bis A_n, T₁ bis T_n) um Messergebnissignale von PIR Sensorvorrichtungen zum erweiterten Feature-Vektor-Signal (24).
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche umfassend den Schritt Ergänzung des initialen Feature-Vektor-Signals (S4V) aus den Bewertungsergebnissen (A₁ bis A_n, T₁ bis T_n) um Messergebnissignale von Gassensoren zum erweiterten Feature-Vektor-Signal (24).
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche umfassend den Schritt Ergänzung des initialen Feature-Vektor-Signals (S4V) aus den Bewertungsergebnissen (A₁ bis A_n, T₁ bis T_n) um Messergebnissignale von Luftfeuchtigkeitssensoren zum erweiterten Feature-Vektor-Signal (24).
Luftzustandssensor mit mindestens einem Sender (H) und mindestens einem Empfänger (D) wobei der Luftzustandssensor (SD) ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.