DE19947023A1 - Detecting light-scattering objects, e.g. for intruder alarm - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Detektieren von lichtstreuenden Objekten gemäß Anspruch 1 sowie eine Vor richtung zum Detektieren von lichtstreuenden Objekten gemäß Anspruch 24.The invention relates to a method for detection of light scattering objects according to claim 1 and a pre direction for detecting light scattering objects according to Claim 24.
Im Intrusionsschutz werden Bewegungsmelder eingesetzt, die Personen, die sich in ihrem Erfassungsbereich bewegen, sicher erkennen und von Täuschungsgrößen klar unterscheiden können. Darüber hinaus sollen sie in der Lage sein, möglichst eindeu tige Aussagen über die zur Meldung führenden Einflußgrößen zu machen, um das Ereignis später nachvollziehen zu können. Aus architektonischen Überlegungen heraus sollte der Bewegungs melder möglichst klein und unauffällig sein.Motion detectors are used in intrusion protection People moving within their detection range are safe recognize and clearly distinguish from deceptive variables. In addition, they should be able to be as unique as possible statements about the influencing factors leading to the report to be able to understand the event later. Out Architectural considerations should move out detectors should be as small and inconspicuous as possible.
Um unberechtigt Eindringende zu erfassen, sind eine ganze Reihe von Produkten und physikalischen Möglichkeiten bekannt.To capture intruders without authorization, there are a whole Range of products and physical possibilities known.
Beispielsweise aus US 4,639,902 ist ein Ultraschallbewegungs melder bekannt, der Ultraschall-Signale aussendet und von Ob jekten reflektierte Ultraschall-Signale auswertet. Diese Technologie führt zu verhältnismäßig großen und aufwendigen Produkten, was unter anderem an der nötigen akustischen Ent kopplung zwischen Sender und Empfänger liegt. Durch Thermik und Luftbewegungen ausgelöste Schlieren in der Luft machen den Auswertungen ebenso zu schaffen wie hochfrequente Störge räusche. Außerdem strahlen die Geräte ständig Ultraschalle nergie ab, was für die Anwender häufig nicht wünschenswert ist. For example from US 4,639,902 is an ultrasonic movement known detector that sends ultrasonic signals and from Ob evaluates reflected ultrasonic signals. This Technology leads to relatively large and complex Products, which include the necessary acoustic ent there is a coupling between transmitter and receiver. Through thermals and create air streaks in the air to create the evaluations as well as high-frequency interference noise. The devices also continuously emit ultrasound energy, which is often not desirable for users is.
Aus US 4,213,123 ist beispielsweise ein Radar-Bewegungsmelder bekannt. Er benutzt Funk-Frequenzen, um den Raum abzutasten. Dabei kann er den Doppler-Effekt nutzen, um Bewegungsrichtun gen zu erkennen. Für Intrusionszwecke ausreichende Auflösun gen lassen sich nur mit Frequenzen größer als 70 GHz erzielen. Radar-Bewegungsmelder weisen den Nachteil auf, daß sie durch Wände "hindurchblicken". Außerhalb des zu überwachenden Raums vorbeilaufende Passanten, parkende Autos, Regen, Schnee usw. können zu unerwünschten Fehlalarmen führen.From US 4,213,123, for example, is a radar motion detector known. It uses radio frequencies to scan the room. He can use the Doppler effect to change the direction of movement to recognize. Sufficient resolution for intrusion purposes can only be achieved with frequencies greater than 70 GHz. Radar motion detectors have the disadvantage that they are "Look through walls". Outside the room to be monitored passers-by, parked cars, rain, snow, etc. can lead to unwanted false alarms.
Desweiteren werden passive Infrarot-Bewegungsmelder benutzt, wie sie beispielsweise aus DE 196 39 318 bekannt sind. Dieser zur Zeit am weitesten verbreitete Bewegungsmelder erkennt Un terschiede in der Wärmestrahlung, die über eine Optik ausge wertet werden. Hochwertige Geräte können über eine getrennte Auswertung der Richtung der Wärmestrahlung eine grobe Orts auflösung erzielen, die häufig allerdings nicht ausreichend ist.Passive infrared motion detectors are also used, as they are known for example from DE 196 39 318. This Un currently recognizes the most widespread motion detectors Differences in thermal radiation, which are characterized by optics be evaluated. High quality devices can be separated Evaluation of the direction of heat radiation a rough place achieve resolution, which is often not sufficient is.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ei ne Vorrichtung zur Detektion von lichtstreuenden Objekten an zugeben, die einfacher zu montieren ist und eine verbesserte Detektion der Objekte ermöglicht.It is therefore the object of the invention, a method and egg ne device for the detection of light-scattering objects admit that is easier to assemble and an improved one Allows detection of objects.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen den Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 24.The object is achieved according to the invention by a method with the features of claim 1 and a device with the features of claim 24.
Erfindungsgemäß wird dabei ein optischer Sensor verwendet, der sich in kleiner Baugröße realisieren läßt und eine Orts auflösung von einigen Zentimetern gewährleistet. Zusätzlich wird das optische Meßsignal durch Wände und Decken reflek tiert, so daß kein "Durchgriff" wie bei Radar- Bewegungsmeldern erzeugt wird. According to the invention, an optical sensor is used, which can be realized in a small size and a place resolution of a few centimeters guaranteed. In addition the optical measurement signal is reflected through walls and ceilings animals, so that no "penetration" as with radar Motion detectors is generated.
Das Verfahren ist besonders geeignet für das Rückwärtsstreuen nach Anspruch 2, was eine bessere Erkennung ermöglicht.The method is particularly suitable for backscattering according to claim 2, which enables better detection.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens nach An spruch 3 wird das ausgesandte Lichtsignal im infraroten Wel lenlängenbereich emittiert, damit das Lichtsignal nicht von den im Raum befindlichen Personen als störend wahrgenommen wird.In an advantageous embodiment of the method according to An saying 3 becomes the emitted light signal in the infrared world lenlength range emitted so that the light signal is not from perceived by people in the room as disturbing becomes.
Gemäß Anspruch 4 wird zur Stromersparnis der Lichtempfänger als Infrarot-Empfangsdiode ausgebildet, an die nur während der Messung eine Vorspannung angelegt wird.According to claim 4, the light receiver to save electricity formed as an infrared receiving diode to which only during a bias is applied to the measurement.
Ebenfalls nicht wahrgenommen von im Raum befindlichen Perso nen wird ultraviolettes Licht, welches gemäß Anspruch 5 als Lichtsignal verwendet wird.Also not noticed by persons in the room NEN is ultraviolet light, which according to claim 5 as Light signal is used.
Durch eine Aussendung des Lichtsignals in Form von Pulsen ge mäß Anspruch 6 läßt sich die Dynamik der zu detektierenden lichtstreuenden Objekte ausreichend genau detektieren.By emitting the light signal in the form of pulses ge according to claim 6, the dynamics of the detected Detect light-scattering objects with sufficient accuracy.
In vorteilhafter Weise wird gemäß Anspruch 7 der Empfänger nach Aussenden eines Pulses für eine bestimmte Zeitdauer auf Empfang geschaltet. Der Abstand dieser Zeitdauer vom Zeit punkt des Aussendens bestimmt die Lage der Probenkammer im Raum, während die Länge der Zeitdauer die Tiefe der virtuel len Probenkammer bestimmt.According to claim 7, the receiver is advantageous after sending out a pulse for a certain period of time Reception switched. The distance of this period from time The point of emission determines the position of the sample chamber in the Space, while the length of time the depth of the virtuel len sample chamber determined.
In vorteilhafter Weise läßt sich gemäß Anspruch 8 ein Echo diagramm des zu überwachenden Raums aufstellen, in dem nach einer variablen ersten Zeitdauer der Lichtempfänger einge schaltet wird. Die einzelnen Werte können gespeichert werden und als Amplituden-Zeit-Diagramm betrachtet werden. An echo can advantageously be made according to claim 8 draw up a diagram of the room to be monitored, in the a variable first time period of the light receiver is switched. The individual values can be saved and be viewed as an amplitude-time diagram.
Für sehr nahe Objekte ist es vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 9 nur die ansteigende Flanke des Pulses ausgewertet wird.For very close objects, it is advantageous if according to claim 9 only the rising edge of the pulse is evaluated.
Zur Vermeidung von Störungen durch Reflexionen an weit ent fernten Objekten wird gemäß Anspruch 10 in vorteilhafter Wei se vorgesehen, daß zwischen mehreren ausgesendeten Pulsen ein Pause mit einer dritten vorgegebenen Zeitdauer abgewartet wird.To avoid interference from reflections at far distant objects is advantageously in accordance with claim 10 se provided that between several emitted pulses Wait for a third specified time period becomes.
Eine weitere Möglichkeit zur Laufzeitmessung ergibt sich ge mäß Anspruch 11 dadurch, daß das Lichtsignal frequenzmodu liert ausgesendet wird und die Laufzeitmessung auf der Basis einer Chirpmodulation durchgeführt wird.Another possibility for measuring the transit time arises according to claim 11, characterized in that the light signal frequency mod is sent out and the runtime measurement based chirp modulation is performed.
Gemäß Anspruch 12 gestaltet sich die Laufzeitmessung in vor teilhafter Weise bei der Chirpmodulation so, daß das vom Lichtempfänger empfangene Lichtsignal mit dem ausgesandten Lichtsignal gemischt wird, daß das gemischte Lichtsignal ei ner Frequenz- und einer Amplitudenanalyse unterzogen wird und daß aus der Frequenzanalyse die Entfernung des rückstreuenden Objekts ermittelt wird.According to claim 12, the runtime measurement is in advance part of the chirp modulation so that the Light receiver received light signal with the emitted Light signal is mixed that the mixed light signal ei ner frequency and amplitude analysis and that from the frequency analysis the distance of the backscattering Object is determined.
Gemäß Anspruch 13 läßt sich aus der Stärke des Signals und aus der bereits ermittelten Entfernung in vorteilhafter Weise die Größe des lichtstreuenden Objekts bestimmen.According to claim 13, the strength of the signal and from the distance already determined in an advantageous manner determine the size of the light scattering object.
Zur Verbesserung der Genauigkeit wird gemäß Anspruch 14 für die Ermittlung der Entfernung ein mittelwertbildendes Verfah ren eingesetzt.To improve the accuracy according to claim 14 for the determination of the distance an averaging process ren used.
Gemäß Anspruch 15 wird zur Vermeidung von Sabotage vorgese hen, daß die Pulsfolge bzw. die Modulation durch einen Code bestimmt wird. According to claim 15, pre-sage is avoided to avoid sabotage hen that the pulse train or the modulation by a code is determined.
Zur besseren Überwachung von großen Räumen, bzw. zur Detekti on der Richtung der lichtstreuenden Objekte ist es gemäß An spruch 16 vorteilhaft, mehrere Lichtsender und Lichtempfänger vorzusehen, wobei jeder Lichtsender genau einem Lichtempfän ger fest zugeordnet ist.For better monitoring of large rooms or for detection it is according to the direction of the light-scattering objects saying 16 advantageous, several light transmitters and light receivers to provide, with each light transmitter exactly one light receiver ger is permanently assigned.
Ebenso ist es gemäß Anspruch 17 möglich, die Bewegungsrich tung der Objekte zu bestimmen, indem mehrere Lichtempfänger vorgesehen werden, die gemeinsam die rückgestreuten Lichtsi gnale eines einzigen Lichtsenders empfangen.It is also possible according to claim 17, the direction of movement determination of objects by using multiple light receivers be provided, which together the backscattered Lichtsi signals from a single light transmitter.
Zur Bewegungsrichtungserkennung läßt sich gemäß Anspruch 18 auch eine Anordnung verwenden, bei der mehrere Lichtsender vorgesehen werden und nur ein Lichtempfänger.For detection of the direction of movement, according to claim 18 also use an arrangement where multiple light transmitters be provided and only one light receiver.
In vorteilhafter Weise läßt sich gemäß Anspruch 19 ein System aus Sensoren aufbauen, bei dem die einzelnen Lichtsender und Lichtempfänger über Infrarotsignale miteinander kommunizie ren.A system can be advantageously arranged according to claim 19 build up from sensors in which the individual light transmitters and Communicate light receivers with each other via infrared signals ren.
Gemäß Anspruch 20 lassen sich in einer vorgegebenen Entfer nung in einer Richtung bewegende Objekte als sich bewegende Personen identifizieren, die dann bei der Detektion von wei teren lichtstreuenden Objekten berücksichtigt werden.According to claim 20 can be in a predetermined distance objects moving in one direction as moving objects Identify people who then detect white other light-scattering objects are taken into account.
Besonders geeignet ist das Verfahren gemäß Anspruch 21 zur Erkennung von unbefugten Personen als lichtstreuende Objekte, um damit einen Intrusionsmelder zu realisieren.The method according to claim 21 is particularly suitable for Detection of unauthorized persons as light-scattering objects, to implement an intrusion detector.
In vorteilhafter Weise läßt sich gemäß Anspruch 22 eine Dieb stahlsüberwachung für diebstahlgefährdete Objekte realisie ren, in dem ständig die vom Objekt reflektierten Lichtsignale detektiert werden und bei Ausbleiben der erwarteten Empfangs signale ein Alarm ausgelöst wird. Advantageously, according to claim 22, a thief steel monitoring for objects prone to theft realisie ren, in which the light signals reflected by the object constantly be detected and if the expected reception is absent signals an alarm is triggered.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist gemäß Anspruch 23 eben falls dafür geeignet, eine Abdecküberwachung zu gewährlei sten, indem nach dem Detektieren von Objekten in einer vorge gebenen nahen Entfernung ein Hinweis ausgelöst wird, die Ab deckungen der Lichtsender respektive Lichtempfänger zu säu bern.The method according to the invention is flat according to claim 23 if suitable to ensure cover monitoring most by, after detecting objects in a pre given near distance a hint is triggered, the Ab to cover the light transmitters or light receivers Bern.
Die vorteilhafte Ausführung der Vorrichtung gemäß Anspruch 27 weist eine Auswerteeinrichtung auf, über den über ein Verzö gerungsglied sowohl das gepulste Licht des Lichtsenders als auch das vom Lichtempfänger empfangene Lichtsignal angelegt wird, wobei in der Auswerteinrichtung auch eine Korrelation zur Rauschunterdrückung vorgenommen werden kann.The advantageous embodiment of the device according to claim 27 has an evaluation device, via which a delay the pulsed light of the light transmitter as well also the light signal received by the light receiver is applied is, with a correlation in the evaluation device can be made for noise reduction.
Die Laufzeitmessung mit Hilfe der Chirpmodulation erfolgt ge mäß Anspruch 28 in vorteilhafter Weise dadurch, daß das Aus gangssignal des Lichtempfängers und das Ausgangssignal des Lichtsenders an den beiden Eingängen eines Mischers anliegen, dessen Ausgangssignal einer Einrichtung zur Frequenzanalyse zugeführt wird.The runtime measurement is carried out using chirp modulation according to claim 28 in an advantageous manner in that the end output signal of the light receiver and the output signal of the Light transmitter at the two inputs of a mixer, the output signal of a device for frequency analysis is fed.
Für die zentrale Ermittlung von Daten über lichtstreuende Ob jekte sind gemäß Anspruch 29 die Auswerte- und Ansteuerein richtungen über eine Kommunikationseinrichtung mit einer Zen trale verbunden.For the central determination of data on light scattering ob objects are the evaluation and control according to claim 29 directions via a communication device with a Zen trale connected.
In den Figuren der Zeichnung wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigenIn the figures of the drawing, the invention is based on Exemplary embodiments explained in more detail. Show
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemä ßen Rauchmelders, Fig. 1 is a schematic representation of an inventive SEN smoke detector,
Fig. 2 den zeitlichen Ablauf einer Detektion eines licht streuenden Objektes mit gepulsten Lichtsignalen, Fig. 2 shows the timing of a detection of a light scattering object with the pulsed light signals,
Fig. 3 schematisch ein aufgenommenes Echodiagramm,A picked-up echo diagram of Fig. 3 schematically
Fig. 4 den schematischen Schaltplan einer Vorrichtung zur Detektion von lichtstreuenden Objekten mit gepul sten Signalen, Fig. 4 shows the schematic diagram of an apparatus for the detection of light scattering objects with gepul most signals,
Fig. 5 einen schematischen Schaltplan einer Vorrichtung zur Detektion von lichtstreuenden Objekten nach dem Prinzip der Chirpmodulation, Fig. 5 is a schematic diagram of an apparatus for the detection of light scattering objects according to the principle of the chirp modulation,
Fig. 6 eine Anordnung mit mehreren Lichtsendern und Licht empfängern, wobei jeder Lichtsender genau einem Lichtempfänger zugeordnet ist, Figure 6 receivers. An arrangement with a plurality of light transmitters and light, each light emitter is associated with exactly one light receiver,
Fig. 7 eine Anordnung mit mehreren Lichtsendern und Licht empfängern, wobei mehrere Lichtsender einem Licht empfänger zugeordnet sind und Fig. 7 shows an arrangement with several light receivers and light transmitters, a plurality of light transmitter and a light receiver are assigned
Fig. 8 eine Anordnung mit mehreren Lichtsendern und Licht empfängern, wobei einem Lichtsender mehrere Licht empfänger zugeordnet sind. Fig. 8 shows an arrangement with several light transmitters and light receivers, with one light transmitter being assigned several light receivers.
In Fig. 1 ist schematisch dargestellt, wie ein lichtstreuen des Objekt (beispielsweise ein unbefugt eindringende Person oder ein vor Diebstahl zu schützender Gegenstand) detektiert wird, indem Licht, welches von einem Lichtsender 2 in Rich tung eines ersten Raumwinkels 12 ausgesandt wird, zurück in Richtung eines Lichtempfängers 3 reflektiert wird. Der Licht empfänger ist dabei für Licht empfindlich, welches aus Rich tung eines zweiten Raumwinkels 13 kommt. Das Licht kann dabei bevorzugt im infraroten bzw. ultravioletten Wellenlängenbe reich gewählt werden, damit es im Raum befindlichen Personen nicht auffällt. In diesem Beispiel sind der Lichtsender 2 und der Lichtempfänger in einer sogenannten Rückwärtsstreuanord nung aufgebaut, bei der die Hauptachsen 9 des ersten Raumwinkels 12 mit der Hauptachse 10 des zweiten Raumwinkels 13 ei nen Winkel kleiner als 90° einschließt. Der von beiden Raum winkeln 12, 13 gemeinsam gebildete Bereich ist der Detektions bereich 7, in dem lichtstreuende Objekte 1 detektiert werden. Der Lichtsender 2 und der Lichtempfänger 3 sind mit einer Auswerte- und Ansteuereinrichtung 4 verbunden, die zum einen den Lichtsender 2 ansteuert und zum anderen die Signale des Lichtempfängers 3 auswertet. Der Ort des lichtstreuenden Ob jektes 1 wird dabei über eine Laufzeitmessung ermittelt, die im folgenden detaillierter erläutert wird.In Fig. 1 is shown schematically how a light scattering of the object (for example, an unauthorized intruder or an object to be protected against theft) is detected by light, which is emitted by a light transmitter 2 in Rich direction of a first solid angle 12 , back in Direction of a light receiver 3 is reflected. The light receiver is sensitive to light which comes from the direction of a second solid angle 13 . The light can preferably be selected in the infrared or ultraviolet range, so that people in the room do not notice it. In this example, the light transmitter 2 and the light receiver are constructed in a so-called backward scattering arrangement, in which the main axes 9 of the first solid angle 12 with the main axis 10 of the second solid angle 13 include an angle of less than 90 °. The area formed by the two spatial angles 12 , 13 is the detection area 7 , in which light-scattering objects 1 are detected. The light transmitter 2 and the light receiver 3 are connected to an evaluation and control device 4 which on the one hand controls the light transmitter 2 and on the other hand evaluates the signals of the light receiver 3 . The location of the light-scattering object 1 is determined via a transit time measurement, which is explained in more detail below.
Als erstes Ausführungsbeispiel zur Laufzeitmessung ist in Fig. 2 dargestellt, wie ein Sendeimpuls 5 zum Zeitpunkt t = 0 ausgesendet wird. Der Lichtempfänger 3 wird nach einer vorge gebenen ersten Zeitdauer t1 nach Aussenden des Lichtpulses für die Zeit eines ersten Empfangszeitfensters t2 eingeschal tet und detektiert in diesem Beispiel einen Empfangspuls 6. Wird der Lichtempfänger 3 erst nach einer zweiten Zeitdauer t3 für die Dauer eines zweiten Empfangszeitfenster t4 einge schaltet, läßt sich beispielsweise ein von einem weiter ent fernten Objekt herrührender zweiter Empfangspuls 8 detektie ren. Durch die Lage der Empfangszeitfenster t2, t4 im zeitli chen Verhältnis zum Aussenden des Sendepulses t = 0 läßt sich sowohl die Entfernung d1 des lichtstreuenden Objekts 1 vom Lichtsender 2 bzw. dem Lichtempfänger 3 ermitteln und die Dauer der Empfangszeitfenster t2, t4 ist ein Maß für die Tiefe d2 einer virtuellen "Probenkammer" im Detektionsbereich 7, wie es schematisch im unteren der Diagramme angedeutet ist.As a first exemplary embodiment for transit time measurement, FIG. 2 shows how a transmit pulse 5 is emitted at time t = 0. The light receiver 3 is switched on after a predetermined first time period t1 after emitting the light pulse for the time of a first reception time window t2 and detects a reception pulse 6 in this example. If the light receiver 3 is switched on only after a second time period t3 for the duration of a second reception time window t4, a second reception pulse 8 originating from a further distant object can be detected. By the position of the reception time window t2, t4 in relation to time Sending the transmission pulse t = 0, both the distance d1 of the light-scattering object 1 from the light transmitter 2 or the light receiver 3 can be determined and the duration of the reception time window t2, t4 is a measure of the depth d2 of a virtual "sample chamber" in the detection area 7 , such as it is indicated schematically in the bottom of the diagrams.
In Fig. 3 ist schematisch ein Amplituden-Zeit-Diagramm (Echodiagramm 14) dargestellt, wie es gewonnen wird, wenn die erste Zeitdauer t1 schrittweise vergrößert wird und die je weils empfangenen Empfangssignale den jeweiligen Zeitdauern tea1 zugeordnet und abgespeichert werden. Die Zeitachse gibt dabei Auskunft über den Abstand des lichtstreuenden Objektes 1 zum Lichtsender 2/Lichtempfänger 3 und die Amplitude steht in Beziehung zur Größe des Objekts 1. Aus dem zeitlichen Wan del des Echodiagramms 14 läßt sich auf eine Bewegung des Ob jekts 1 schließen. Dabei wird während der Auswertung auch be rücksichtigt, daß dasselbe Objekt in einer größeren Entfer nung kleiner erscheint. FIG. 3 schematically shows an amplitude-time diagram (echo diagram 14 ) of how it is obtained when the first time period t1 is gradually increased and the received signals received at that time are assigned to the respective time periods tea1 and stored. The time axis provides information about the distance of the light-scattering object 1 from the light transmitter 2 / light receiver 3 and the amplitude is related to the size of the object 1 . From the temporal change of the echo diagram 14 , a movement of the object 1 can be concluded. It is also taken into account during the evaluation that the same object appears smaller at a greater distance.
In Fig. 4 ist der schematische Schaltplan für die Ansteue rung und die Auswertung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Nutzung von Lichtimpulsen dargestellt. Dabei gene riert ein Impulsgenerator 20 eine Pulsfolge, die an einen Sendeverstärker 21 weitergegeben wird. Der Sendeverstärker 21 steuert mit dieser Impulsfolge den Lichtsender 2, der ein entsprechend gepulstes Lichtsignal aussendet. Das Ausgangs signal des Impulsgenerators 20 wird zusätzlich über ein Ver zögerungsglied 22 an einen ersten Eingang einer Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 4 angelegt. Empfängt nun der Lichtempfän ger 3 von einem lichtstreuenden Objekt 1 ein Lichtsignal, so wird es in einem Empfangsverstärker 24 verstärkt und dem zweiten Eingang der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 4 zuge führt. Die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 4 unterdrückt dabei unter anderem über korrelierende Verfahren das Rauschen und ermöglicht dadurch eine sichere Signalerkennung. Außerdem ermittelt die erste Auswerteeinrichtung 23 wie bei Fig. 2 beschrieben die Entfernung d1 des lichtstreuenden Objekts 1. Die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 4 ist über eine Kommu nikationseinrichtung 25 mit einer Zentrale 26 verbunden. In der Zentrale 26 werden dann entsprechende Maßnahmen, die bei der Detektion eines lichtstreuenden Objektes 1 vorgesehen sind, angestoßen. Das kann beispielsweise bei einer unbefugt eindringenden Person als lichtstreuendem Objekt 1 die Alar mierung der Polizei oder eines Wachschutzes sein.In FIG. 4, the schematic circuit diagram tion for dently shown the evaluation of a device according to the invention in the use of light pulses. In this case, a pulse generator 20 generates a pulse sequence which is passed on to a transmission amplifier 21 . The transmission amplifier 21 uses this pulse sequence to control the light transmitter 2 , which emits a correspondingly pulsed light signal. The output signal of the pulse generator 20 is additionally applied via a delay element 22 to a first input of a control and evaluation device 4 . If the light receiver 3 now receives a light signal from a light-scattering object 1 , it is amplified in a receiving amplifier 24 and leads to the second input of the control and evaluation device 4 . The control and evaluation device 4 suppresses the noise, among other things, via correlating methods and thereby enables reliable signal detection. In addition, the first evaluation device 23 determines the distance d1 of the light-scattering object 1 as described in FIG. 2. The control and evaluation device 4 is connected via a communication device 25 to a control center 26 . Appropriate measures, which are provided in the detection of a light-scattering object 1 , are then initiated in the control center 26 . This can be, for example, the alarming of the police or a security guard for an unauthorized intruder as a light-scattering object 1 .
Als zweites Beispiel zur Laufzeitmessung ist in Fig. 5 der schematische Schaltplan einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Nutzung einer Chirpmodulation dargestellt. Dabei wird ein Frequenzgenerator 30 zur Erzeugung der Chirpmodulation genutzt, dessen Ausgangssignal über einen zweiten Sendever stärker 31 an den Lichtsender 2 übermittelt wird. Der Licht sender 2 sendet ein Lichtsignal mit der eingeprägten Chirpmo dulation aus, die beispielsweise als eine zyklisch wiederhol te, linear mit der Zeit ansteigende Frequenz des Lichtsignals ausgebildet ist. Das Ausgangssignal des Frequenzgenerators 30 wird darüberhinaus an den ersten Eingang eines Mischers 32 gelegt. Das Empfangssignal des Lichtempfängers 13 wird über einen zweiten Empfangsverstärker 33 an einen zweiten Eingang des Mischers 32 gelegt. Das Ausgangssignal des Mischers 32 wird einem Frequenzanalysator 34 zugeführt, dessen Ausgangs signal der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 4 zugeführt wird. In Abhängigkeit von der Dauer, die das Lichtsignal auf seinem Weg vom Lichtsender 2 über das lichtstreuende Objekt 1 zum Lichtempfänger 3 zurücklegt, verändert sich die beim Mi schen entstehende Differenzfrequenz. In der Auswerteeinrich tung 4 wird das empfangene Signal dann einer Frequenz- und Amplitudenanalyse unterzogen. Dabei wird aus der Frequenz, nach an sich bekannten Verfahren, eine Ortsangabe (Entfernung d1 von Lichtsender 2/Lichtempfänger 3) und aus der Stärke des Signals und der Entfernung die Größe der Lichtstreuenden Objekte 1 ermittelt. Die Auswerteeinrichtung 4 ist dann über eine Kommunikationseinrichtung 25 mit der Zentrale 26 ver knüpft. In der Zentrale lassen sich dann die entsprechenden Maßnahmen einleiten.As a second example for transit time measurement 5, the schematic diagram of an apparatus according to the invention using a chirp modulation in Fig.. In this case, a frequency generator 30 is used to generate the chirp modulation, the output signal of which is transmitted via a second transmitting amplifier 31 to the light transmitter 2 . The light transmitter 2 emits a light signal with the embossed chirp modulation, which is designed, for example, as a cyclically repeated frequency of the light signal that increases linearly with time. The output signal of the frequency generator 30 is also applied to the first input of a mixer 32 . The received signal of the light receiver 13 is applied to a second input of the mixer 32 via a second receiving amplifier 33 . The output signal of the mixer 32 is fed to a frequency analyzer 34 , the output signal of which is supplied to the control and evaluation device 4 . Depending on the duration that the light signal travels on its way from the light transmitter 2 via the light-scattering object 1 to the light receiver 3 , the difference frequency that arises during mixing changes. In the evaluation device 4 , the received signal is then subjected to a frequency and amplitude analysis. In this case, a location (distance d1 from light transmitter 2 / light receiver 3 ) and the size of the light-scattering objects 1 are determined from the frequency, according to methods known per se, and from the strength of the signal and the distance. The evaluation device 4 is then linked via a communication device 25 to the control center 26 . The appropriate measures can then be initiated at the headquarters.
In Fig. 6 ist dargestellt, wie zur Erkennung der Bewegungs richtung von lichtstreuenden Objekten 1 ein erstes Lichtsen der/Lichtempfänger-Paar 40 mit einem zweiten 41 und einem dritten Lichtsender/Lichtempfänger-Paar 42 zusammenarbeiten, die jeweils separate Raumrichtungen überwachen. In Fig. 6 it is shown how to detect the direction of movement of light-scattering objects 1, a first light sensor / the light receiver pair 40 cooperate with a second 41 and a third light transmitter / light receiver pair 42 , each of which monitor separate spatial directions.
In Fig. 7 ist darüberhinaus eine erste Mehrfach- Lichtsender/Lichtempfängeranordnung 43 dargestellt, bei der zwei Lichtsender 2 Lichtsignale in den Raum ausstrahlen und ein Lichtempfänger 3 die reflektierten Signale detektiert.In addition, a first multiple light transmitter / light receiver arrangement 43 is shown in FIG. 7, in which two light transmitters 2 emit light signals into the room and a light receiver 3 detects the reflected signals.
In Fig. 8 ist eine zweite Mehrfach- Lichsender/Lichtempfängeranordnung 44 dargestellt, bei der ein Lichtsender 2 Lichtsignale in den Raum ausstrahlt und re flektierte Signale von zwei Lichtempfängern 3 detektiert wer den. Durch an sich bekannte Auswerteprogramme lassen sich aus den ermittelten Daten Bewegungsrichtungen von lichstreuenden Objekten ermitteln.In Fig. 8, a second multiple light transmitter / light receiver arrangement 44 is shown, in which a light transmitter emits 2 light signals into the room and re reflected signals from two light receivers 3 who detected the. By means of evaluation programs known per se, directions of movement of light-scattering objects can be determined from the determined data.
Claims (29)
- - vom Lichtsender (2) ein Lichtsignal ausgesendet wird,
- - der Lichtempfänger (3) auf das Aussenden des Lichtsignals synchronisiert wird und für ein vorgegebenes Zeitintervall für den Empfang eines von den lichtstreuenden Objekten (1) reflektierten Lichtsignals aktiviert wird,
- - das im vorgegebenen Zeitintervall empfangene Lichtsignal als Kriterium für die Anwesenheit eines lichtstreuenden Objekts (1) bewertet wird und
- - aus dem zeitlichen Abstand zwischen dem Aussenden des Lichtsignals und dem Empfang des reflektierten Lichtsi gnals die Entfernung des lichtstreuenden Objekts (1) vom Lichtsender (2) bzw. vom Lichtempfänger (3) ermittelt wird.
- - a light signal is emitted by the light transmitter ( 2 ),
- the light receiver ( 3 ) is synchronized with the emission of the light signal and is activated for a predetermined time interval for the reception of a light signal reflected by the light-scattering objects ( 1 ),
- - The light signal received in the predetermined time interval is evaluated as a criterion for the presence of a light-scattering object ( 1 ) and
- - From the time interval between the emission of the light signal and the reception of the reflected Lichtsi gnals the distance of the light-scattering object ( 1 ) from the light transmitter ( 2 ) or from the light receiver ( 3 ) is determined.
daß das vom Lichtempfänger (3) empfangene Lichtsignal mit dem vom Lichtsender (2) ausgesandten Lichtsignal gemischt wird,
daß das gemischte Lichtsignal einer Frequenz- und einer Am plitudenanalyse unterzogen wird und
daß aus der Frequenzanalyse die Entfernung des rückstreuenden Objekts (1) ermittelt wird. 12. A method for detecting light-scattering objects ( 1 ) according to claim 11, characterized in that
that the light signal received by the light receiver ( 3 ) is mixed with the light signal emitted by the light transmitter ( 2 ),
that the mixed light signal is subjected to a frequency and an amplitude analysis and
that the distance of the backscattering object ( 1 ) is determined from the frequency analysis.
daß mehrere Lichtsender (2) und Lichtempfänger (3) vorgesehen werden, wobei jeder Lichtsender (2) genau einem Lichtempfän ger (3) fest zugeordnet ist und
daß aus den empfangenen Lichtsignalen die Bewegungsrichtung des Objektes (1) bestimmt wird.16. A method for detecting light-scattering objects ( 1 ) according to one of claims 1 to 15, characterized in that
that a plurality of light transmitters ( 2 ) and light receivers ( 3 ) are provided, each light transmitter ( 2 ) being exactly one light receiver ( 3 ) and assigned
that the direction of movement of the object ( 1 ) is determined from the received light signals.
daß mehrere Lichtempfänger (3) vorgesehen werden, wobei der mindestens eine Lichtsender (2) mehreren Lichtempfängern (3) zugeordnet ist und
daß aus den empfangenen Lichtsignalen die Bewegungsrichtung des Objektes (1) bestimmt wird.17. A method for detecting light-scattering objects ( 1 ) according to one of claims 1 to 15, characterized in that
that several light receivers ( 3 ) are provided, the at least one light transmitter ( 2 ) being assigned to several light receivers ( 3 ) and
that the direction of movement of the object ( 1 ) is determined from the received light signals.
daß mehrere Lichtsender (2) vorgesehen werden, wobei der min destens eine Lichtempfänger (3) mehreren Lichtsendern (2) zu geordnet ist und
daß aus den empfangenen Lichtsignalen die Bewegungsrichtung des Objektes (1) bestimmt wird.18. A method for detecting light-scattering objects ( 1 ) according to one of claims 1 to 15, characterized in that
that several light transmitters ( 2 ) are provided, the at least one light receiver ( 3 ) being assigned to several light transmitters ( 2 ) and
that the direction of movement of the object ( 1 ) is determined from the received light signals.
mit mindestens einem Lichtsender (2), der Lichtsignale in ei nen vorgegebenen ersten Raumwinkel (12) aussendet,
mit mindestens einem außerhalb dieses ersten Raumwinkels (12) angeordneten Lichtempfängers (3), der Licht aus einem zweiten Raumwinkel (13) empfängt, wobei der beiden Raumwinkeln ge meinsame Raumanteil einen vorbestimmten Detektionsbereich (7) für die lichtstreuenden Objekte (1) bildet,
mit einer Auswerte- und Ansteuereinrichtung (4) für den Lichtsender (2) und den Lichtempfänger (3), die so ausgebil det ist, daß der Lichtempfänger (3) auf das Aussenden des Lichtsignals synchronisiert wird und für ein vorgegebenes Zeitintervall für den Empfang eines von den lichtstreuenden Objekten (1) reflektierten Lichtsignals aktiviert wird, daß das im vorgegebenen Zeitintervall empfangene Lichtsignal als Kriterium für die Anwesenheit eines lichtstreuenden Objekts (1) bewertet wird und daß aus dem zeitlichen Abstand zwischen dem Aussenden des Lichtsignals und dem Empfang des reflek tierten Lichtsignals die Entfernung des lichtstreuenden Objekts (1) vom Lichtsender (2) bzw. vom Lichtempfänger (3) er mittelt wird.24. Device for detecting light-scattering objects ( 1 )
with at least one light transmitter ( 2 ) which emits light signals in a predetermined first solid angle ( 12 ),
with at least one light receiver ( 3 ) which is arranged outside this first solid angle ( 12 ) and receives light from a second solid angle ( 13 ), the two solid angles forming a common detection area ( 7 ) for the light-scattering objects ( 1 ),
with an evaluation and control device ( 4 ) for the light transmitter ( 2 ) and the light receiver ( 3 ), which is so ausgebil det that the light receiver ( 3 ) is synchronized to the emission of the light signal and for a predetermined time interval for the reception of a from the light-scattering objects ( 1 ) reflected light signal is activated that the light signal received in the predetermined time interval is evaluated as a criterion for the presence of a light-scattering object ( 1 ) and that from the time interval between the emission of the light signal and the reception of the reflected light signal the distance of the light-scattering object ( 1 ) from the light transmitter ( 2 ) or from the light receiver ( 3 ) is averaged.
daß der Lichtsender (2) das Licht gepulst aussendet und dazu die Auswerte- und Ansteuereinrichtung (4) einen Impulsgenera tor (20) steuert, dessen Ausgangssignal sowohl über einen er sten Sendeverstärker (21) an den Lichtsender (2) angelegt ist, als auch über ein Verzögerungsglied (22) an die Ansteu er- und Auswerteeinrichtung (4),
daß der Lichtempfänger (3) über einen ersten Empfangsverstär ker (24) ebenfalls mit der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (4) verbunden ist,
daß die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (4) so ausgebildet ist, daß diese über eine Anzahl zeitlich zueinander verscho bene Empfangszeitfenster (t2, t4) den zeitlichen Abstand zwi schen ausgesandtem Lichtpuls und empfangenen Lichtpuls be stimmt.27. Device for detecting light-scattering objects ( 1 ) according to one of claims 24 to 26, characterized in that
that the light transmitter ( 2 ) emits the light in a pulsed manner and for this purpose the evaluation and control device ( 4 ) controls a pulse generator ( 20 ), the output signal of which is applied to the light transmitter ( 2 ) via a transmitter amplifier ( 21 ), and also via a delay element ( 22 ) to the control and evaluation device ( 4 ),
that the light receiver ( 3 ) is also connected to the control and evaluation device ( 4 ) via a first receiving amplifier ( 24 ),
that the control and evaluation device ( 4 ) is designed such that it determines the time interval between the emitted light pulse and received light pulse be over a number of time-shifted receiving time window (t2, t4).
daß der Lichtsender (2) das Licht frequenzmoduliert aussendet und dazu die Auswerte- und Ansteuereinrichtung (4) einen Fre quenzgenerator (30) zur Erzeugung eines Chirpsignals auf weist, dessen Ausgangssignal sowohl über einen zweiten Sende verstärker (31) am Lichtsender (2) anliegt, als auch an dem ersten Eingang eines Mischers (32),
daß das Ausgangssignal des Lichtempfängers (3) über einen zweiten Empfangsverstärker (33) am zweiten Eingang des Mi schers (32) anliegt,
und daß das Ausgangssignal des Mischers einer Einrichtung zur Frequenzanalyse (34) zugeführt wird.28. Device for detecting light-scattering objects ( 1 ) according to one of claims 24 to 26, characterized in that
that the light transmitter ( 2 ) emits the light frequency-modulated and for this purpose the evaluation and control device ( 4 ) has a frequency generator ( 30 ) for generating a chirp signal, the output signal of which is present via a second transmitter amplifier ( 31 ) on the light transmitter ( 2 ) , as well as at the first input of a mixer ( 32 ),
that the output signal of the light receiver ( 3 ) is present via a second receiving amplifier ( 33 ) at the second input of the mixer ( 32 ),
and that the output signal of the mixer is fed to a device for frequency analysis ( 34 ).
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19947023A DE19947023A1 (en) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | Detecting light-scattering objects, e.g. for intruder alarm |
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