CH675316A5 - - Google Patents

Description

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CH 675 316 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Eindringdetektor mit einem Sensor mit wenigstens einem infrarotempfindlichen Sensorelement und mehreren auf wenigstens einer Trägerfläche angeordneten Infrarot-Reflektoren, welche die aus mehreren getrennten Empfangsbereichen eintreffende Infrarotstrahlung auf den gemeinsamen Sensor bündein.

Solche Detektoren dienen zur Feststellung von Objekten oder unbefugten Personen, beispielsweise von Eindringlingen oder Einbrechern in einem geschützten und überwachten Raum oder Bereich, durch Nachweis der vom Objekt oder der Person ausgehenden typischen Infrarotstrahlung. Infolge der Aufteilung des überwachten Bereichs in mehrere getrennte Empfangsbereiche mit dazwischenliegenden Dunkelfeldern bewirkt jede Bewegung einer Person bei Durchquerung der Empfangsbereiche eine charakteristische Modulation der vom Sensor empfangenen Infrarotstrahlung. Diese Modulation kann mittels entsprechender, auf die Körperstrahlung einer Person abgestimmter Sensoren, die auch mehrere Sensorelemente in bestimmter Zusammenschaltung aufweisen können, wie z.B. Dual-Senso-ren, und mittels geeigneter, auf die typische Modulation durch eine sich durch Empfangsbereiche bewegende Person abgestimmter Auswerteschaltungen zur Anzeige eines Eindringlings und zur Alarmsignaigabe ausgewertet werden. Von solchen Eindringdetektoren wird verlangt, daß sie einerseits eine in den überwachten Bereich eindringende Person mit Sicherheit nachweisen und signalisieren und sich nicht durch ein bestimmtes Verhalten überlisten und sabotieren lassen, daß sie andererseits keinen falschen Alarm auslösen.

Zur Schaffung der erforderlichen getrennten Empfangsbereiche ist es aus der US-A 3 703 718 bekannt, die Reflektoren auf einem gemeinsamen Träger in zwei übereinander angeordneten Reihen nebeneinanderliegender Reflektoren anzubringen. Da nur zwei entsprechende Reihen von Empfangsbereichen vorgesehen sind, ist die Überdeckung des geschützten Raumes mit Empfangsbereichen jedoch ungenügend, so daß ein Eindringling bei einigem Geschick den Raum durchschreiten kann, ohne bemerkt und signalisiert zu werden.

Zur besseren Überdeckung des geschützten Bereichs mit Empfangsbereichen ist es aus CH-A 591 733 oder DE-A 2 653 111 bekannt, die Reflektoren so auszubilden und anzuordnen, daß eine Anzahl von streifenförmigen Empfangsbereichen entsteht, so daß sich mit der gleichen Reflektoranzahl ein größerer und ausgedehnterer Schutzbereich überwachen läßt. Aus EP-A 50 751, DE-A 2 719 191 oder US-A 3 923 383 ist es weiterhin bekannt, eine Vielzahl von Reflektoren auf einem gemeinsamen Träger in der Form eines Multifacettenspiegels anzuordnen. Hiermit läßt sich zwar ein überwachter Bereich mit einer entsprechenden Vielzahl von Empfangsbereichen relativ dicht überdecken, jedoch sind solche vorbekannten Anordnungen nicht an eine vorgegebene Form und die Abmessungen eines geschützten Raums angepaßt.

Nachteilig ist bei den vorstehend erwähnten Reflektoranordnungen jedoch, daß die Brennweiten aller Reflektoren gleich sind, so daß eine weiter entfernte Person kleiner auf dem Sensor abgebildet wird als eine Person in der Nähe des Detektors. Dies führt zu einer unterschiedlichen Nachweisempfindlichkeit des Detektors für Personen in Empfangsbereichen, die auf Zonen mit verschiedenem Abstand vom Detektor ausgerichtet sind. Bei der üblichen Anordnung solcher Detektoren unterhalb der Raumdecke ist also die Empfindlichkeit von der Neigung der Empfangsbereiche gegen die Horizontale abhängig, so daß z.B. in Empfangsbereichen größerer Neigung, die auf eine nahe Raumzone ausgerichtet sind, die Nachweisempfindlichkeit vermindert ist, was in der Praxis in der Regel unerwünscht ist.

Aus EP-A 0 191 155 oder US-A 4 339 748 ist es bekannt, drei übereinander angeordnete Reihen von nebeneinanderliegenden Reflektoren vorzusehen. Die Brennweiten der einzelnen Reflektorreihen sind dabei unterschiedlich und an die jeweilige Nachweisentfernung angepaßt, innerhalb der einzelnen Reihen jedoch gleich. Die Reflektorreihen müssen dazu auf mehreren verschiedenen Trägerflächen angeordnet werden, so daß die gesamte Reflektoranordnung ein kompliziertes Gebilde darstellt. Die Anordnung der Reflektoren in wenigen Reihen erlaubt zudem keine hinreichend dichte Raumüberdeckung, so daß auch ein solcher Detektor noch nicht völlig sabotagesicher ist. Da die Brennweiten innerhalb einer Reflektorreihe gleich sind, ist zudem eine exakte Anpassung des Empfangsbereichsmusters an eine bestimmte Form und an gegebene Abmessungen eines zu überwachenden Raums oder Bereichs in der Regel nicht gegeben.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die angegebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere einen Eindringdetektor der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der eine verbesserte Nachweisempfindlichkeit und Nachweissicherheit bei vereinfachtem Aufbau aufweist und mit dem insbesondere ein vorgegebener zu überwachender Raum oder Bereich besser und gleichmäßiger mit Empfangsbereichen überdeckt wird, so daß der Detektor schwieriger überlistbar ist, das Empfangsbereichsmuster an die Form und Abmessungen des geschützten Raums oder Bereichs angepaßt ist und die Nachweisempfindlichkeit des Detektors für eine Person in den einzelnen Empfangsbereichen angenähert unabhängig von der Nachweisentfernung vom Detektor ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Reflektoren auf wenigstens einer Trägerfläche sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung versetzt angeordnet sind, wobei die Trägerfläche derart geformt ist und die einzelnen Reflektoren derart gekrümmt und ausgerichtet sind, daß deren Brennpunkte, unabhängig von der Anordnung der einzelnen Reflektoren auf der Trägerfläche und deren horizontaler und vertikaler Versetzung, räumlich derart angeordnet sind, daß ihre Positionen angenähert der Lage des gemeinsamen Sensors entsprechen und deren Brennweiten wenigstens angenähert proportional zu einer gegebenen Nachweisentfernung in den den betreffen5

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den Reflektoren zugeordneten Empfangsbereichen sind.

Ein Vorteil ist dabei die Ausbildung der Trägerfläche als Hyperboloidfläche, die durch eine Kugeloder Paraboloidfläche angenähert sein kann, in deren Achse der Sensor so angeordnet ist, daß die Flächenpunkte mit zunehmender Neigung der Strahlungseinfallrichtung auf den Sensor einen kontinuierlich abnehmenden Abstand vom Sensor aufweisen. Da damit auch die Brennweiten der an den betreffenden Flächenpunkten vorgesehenen Reflektoren entsprechend ihrem Abstand vom Sensor abnehmen, wird die Brennweite mit zunehmendem Einfallwinkel gegen die Horizontale, also mit kürzerer Nachweisentfernung kleiner, und somit der Abbildungsmaßstab.

Vorteilhaft ist es, die Reflektoren so auszubilden und zu bemessen, daß sie, vom Sensor aus betrachtet, einen solchen Raumwinkel, z.B. mit dem Einfallwinkel zunehmende Raumwinkel umfassen, so daß die Nachweisempfindlichkeit in den einzelnen Empfangsbereichen nahezu unabhängig von der Nachweisentfernung ist und damit die bei Schrägeinfall abnehmende Sensorempfindlichkeit kompensiert wird.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Anzahl von Reflektoren für einen bestimmten Abstandsbereich mit dem Abstand variiert, z.B. bei Eckmontage des Detektors mit dem Abstand kontinuierlich zunimmt, bzw. bei Wandmontage abnimmt, um eine gleichmäßige Raumüberdeckung mit Empfangsbereichen zu erreichen.

Die Erfindung wird an Hand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine horizontale Aufsicht auf die Reflektoranordnung eines Eindringdetektors,

Figur 2 einen Vertikalschnitt durch die Reflektoranordnung nach Figur 1 und

Figur 3 ein Muster der von dieser Reflektoranordnung erzeugten Strahlungsempfangsbereiche.

Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Re-flektoranordnung sind auf zwei Trägerflächen T1 und T2 mehrere Gruppen A bis D von Reflektoren angeordnet. Die Reflektoren besitzen einen reflektierenden Belag, welcher zumindest die Körperstrahlung einer Person im infraroten Spektralbereich auf den für alle Reflektoren gemeinsamen Sensor S bündelt. Die unterhalb der durch den gemeinsamen Sensor S gebildeten Horizontalen H liegenden Reflektorgruppen A, B sind dabei auf einer unteren Trägerfläche T1 und die oberhalb der Horizontalen H liegenden Reflektorgruppen C, D auf einer oberen Trägerfläche T2 vorgesehen. Dabei sind die Reflektoren A1 bis A7 der untersten Zone A der Trägerfläche T1 so ausgebildet und ausgerichtet, daß deren Empfangsbereich am wenigsten gegen die Horizontale geneigt ist, d.h. daß hiermit ein Eindringling in größerer Distanz, d.h. in Fernzonen detektiert und gemeldet werden kann. Die Reflektoren B1 bis B5 der nächsthöheren Zone B sind etwas stärker geneigt, so daß deren Empfangsbereiche einer mittleren Nachweisentfernung entsprechen. Die darüber auf der oberen Trägerfläche T2 liegenden Reflektoren C1 bis C3 der Gruppe C dienen der Detektion in der Nahzone, während der einzige Reflektor D1 der obersten Zone D der oberen Trägerfläche T2 den Bereich unmittelbar unterhalb des Detektors überwacht («Look-down-Zone»).

Die Form, insbesondere die Krümmung, und die Anordnung der Trägerflächen T1 und T2 zum Sensor S ist nun so gewählt, daß der Abstand des Sensors S von den Punkten der Reflektoren A bis D mit zunehmendem Winkel zwischen der Verbindungslinie zwischen dem Sensor S und dem Auftreffpunkt der Strahlung auf die Reflektoren A bis D und dem nach oben gerichteten Vektor der durch den Sensor S gehenden Vertikalen zunimmt. Im Idealfall wird dabei angestrebt, den Abstand der einzelnen Reflektoren so zu wählen, daß deren Brennweite wenigstens angenähert proportional der Nachweisentfernung ist. Damit wird der Abbildungsmaßtab eines durch die verschiedenen Reflektoren auf den Sensor abgebildeten Objekts von der Entfernung des Objekts vom Detektor unabhängig, d.h. eine weiter entfernte Person wird in der gleichen Größe abgebildet wie eine nahe Person, so daß im Nah- und im Fernbereich die Nachweisempfindlichkeit nahezu gleich ist.

Als besonders geeignet hat sich z.B. die Ausbildung der Trägerflächen als Hyperboloidflächen oder Paraboloidflächen mit horizontaler Achse erwiesen. Damit wird automatisch der Abstand der Trägerfläche vom Sensor mit abnehmender Neigung des Empfangsbereichs größer, wie gefordert. Zuweilen können jedoch Kompromisse im Hinblick auf eine einfache Konstruktion und eine kompakte Anordnung zweckmäßig sein.

So sind in dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel nur die den Fernempfangsbereichen entsprechenden Reflektorgruppen A, B auf einer paraboloidförmigen Trägerfläche T1 angeordnet. Die den Nahempfangszonen zugeordnete Reflektorgruppe C, D ist dagegen auf einer angenähert sphärischen Trägerfläche T2 vorgesehen, was möglich ist, da hier für alle diese Reflektoren die Nachweisdistanz nahezu gleich der Anbringungshöhe des Detektors ist.

Obwohl es, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt, zweckmäßig sein kann, die oberhalb der durch den Sensor gebildeten Horizontalebene vorgesehenen Reflektoren und die unter der Horizontalen befindlichen Reflektoren auf verschiedenen Trägerflächen anzuordnen, die natürlich zu einer mechanischen Einheit verbunden sein können, ist es selbstverständlich auch möglich, für alle Reflektoren eine einzige Trägerfläche vorzusehen, deren Scheitelquerschnitt dann zweckmäßigerweise die Form einer geeigneten Spirale aufweist.

Die einzelnen Reflektoren können mit Vorteil als außeraxiale Paraboloidsegmente geformt sein, deren Achse der Richtung des zugeordneten Empfangsbereichs parallel ist, um eine gute optische Abbildung auch bei schrägem Strahlungseinfall zu gewährleisten. Auch hier kann eine Näherung durch sphärische Spiegel möglich sein, speziell bei geringer Neigung der einfallenden Strahlung.

Wie in Figur 2 gezeigt, weist ein Detektor mit der

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in den Figuren 1 und 2 dargestellten Reflektoranordnung außer dem Vorteil der nahezu entfernungsunabhängigen Nachweisempfindlichkeit noch den weiteren Vorteil auf, daß sich damit ein überwachter Raum mit vorgegebenen Abmessungen gleichmäßiger und vollständiger mit Empfangsbereichen überdecken läßt. Figur 3 zeigt ein Überdeckungsmuster der Empfangsbereiche eines Detektors nach Figur 1 und 2 bei Montage in der Ecke eines geschützten Raums mit12x12m Grundfläche in 2 m Höhe. Die besonders gute und gleichmäßige Überdeckung der rechteckigen oder quadratischen Grundfläche des Raums wird durch die horizontale und vertikale Versetzung der Reflektoren auf den Trägerflächen, d.h. durch die verzahnte Anordnung der Reflektoren erreicht, was mit vorbekannten Reflektoranordnungen mit einfachen Reihen von nebeneinanderliegenden Reflektoren nicht möglich war.

Von besonderem Vorteil ist bei der erfindungsgemäßen Reflektoranordnung, daß die Anzahl der Reflektoren für die verschiedenen Distanzzonen A bis D unterschiedlich ist. Beispielsweise ist bei dem beschriebenen, für Eckmontage vorgesehenen Beispiel die Anzahl von Reflektoren A1 bis A7 für die Fernzone sieben, für die mittlere Zone B sind fünf Reflektoren B1 bis B5 vorgesehen, während die Nahzone C mit drei Reflektoren C1 bis C3 ausgerüstet ist. Für die Look-down-Zone D genügt ein einziger Reflektor D1. Für die Distanzzonen mit größerer Nachweisentfernung sind daher eine größere Anzahl von Empfangsbereichen vorgesehen, so daß die Empfangsbereichdichte im gesamten überwachten Raum nahezu gleich ist.

Speziell bei Eckmontage eines Detektors ist es von Vorteil, wenn die mittleren Reflektoren der einzelnen Zonen, im Gegensatz zu vorbekannten Anordnungen mit parallelen Reihen, horizontal gegen die seitlichen Reflektoren versetzt sind. Wie in Figur 1 gezeigt, haben die mittleren Reflektoren A4 und B3 einen tieferen Mittelpunkt als die benachbarten Reflektoren A3 und A6, bzw. B2 und B4, und diese liegen wiederum tiefer als die äußeren Reflektoren A3 und A7, bzw. B1 und B5. Damit erhalten die den mittleren Reflektoren zugeordneten Empfangsbereiche A4, B3 eine größere Reichweite als die der seitlichen Reflektoren, so daß sich ein derartiger Detektor besonders gut an einen rechteckigen oder quadratischen Raum anpassen läßt. Die spezielle Form der Trägerfläche T1 sorgt dabei dafür, daß der Abbildungsmaßstab entfernungsunabhängig bleibt, da die tiefere Anordnung der mittleren Reflektoren mit etwas größerer Nachweisdistanz automatisch für einen größeren Abstand vom Sensor und damit für eine größere Brennweite sorgt. Es wird bemerkt, daß bei Detektormontage in einer Wandmitte anstatt in einer Raumecke umgekehrte Verhältnisse zur Anpassung an einen rechteckigen Raum zweckmäßig sind.

Besonders vorteilhaft ist es noch, die Fläche der einzelnen Reflektoren so zu wählen, daß sie vom Sensor aus betrachtet einen mit dem Einfallwinkel in der Weise zunehmenden Raumwinkel umfassen, daß dadurch die bei Schrägeinfall der Strahlung abnehmende Sensorempfindlichkeit kompensiert wird. Dazu ist es zweckmäßig, die seitlichen Reflektoren mit einer größeren Fläche zu versehen als die mittleren, und die unteren, den Fernempfangszonen zugeordneten Reflektoren, größer als diejenigen für die mittleren Bereiche und diese wiederum größer als die für die Nahempfangsbereiche zu wählen.

Bei Anbringung der Reflektoren für die Nahempfangszonen C auf einem sphärischen Träger T2 kann eine etwas größere Brennweite des mittleren Reflektors C2 dadurch erreicht werden, daß dieser gegenüber den benachbarten seitlichen Reflektoren C1, C3 ein wenig zurückversetzt wird und somit an die geringfügig größere Nachweisdistanz angepaßt wird.

Der Sensor kann, wie im Ausführungsbeispiel, als Dualsensor mit zwei in Differenzschaltung liegenden Sensorelementen ausgeführt sein, so daß die Empfangsbereiche in zwei benachbarte Bereiche aufgespalten werden, wodurch sich mit einer speziellen Auswerteschaltung in an sich bekannter Weise die Nachweissicherheit weiter verbessern läßt.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Beispiel eines Eindringdetektors zum Schutz eines quadratischen Raums bei Eckmontage beschränkt ist, sondern an andere Raumformen und Montagearten unter Benutzung der Erfindungsgedanken durch entsprechende Auswahl der Reflektoren bezüglich Gestalt, Krümmung, Ausrichtung und Anbringung angepaßt werden kann, so daß die gleichen technischen Vorteile erreicht werden.

Claims (12)

Patentansprüche

1. Eindringdetektor mit einem Sensor (S) mit wenigstens einem infrarotempfindlichen Sensorelement und mehreren auf wenigstens einer Trägerfläche (T1, T2) angeordneten Infrarot-Reflektoren (A bis D), welche die aus mehreren getrennten Empfangsbereichen eintreffende Infrarotstrahlung auf den gemeinsamen Sensor (S) bündeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (A bis D) auf wenigstens einer Trägerfläche (T1, T2) sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung versetzt angeordnet sind, wobei die Trägerfläche (T1, T2) derart geformt ist und die einzelnen Reflektoren (A bis D) derart gekrümmt und ausgerichtet sind, daß deren Brennpunkte, unabhängig von der Anordnung der einzelnen Reflektoren (A bis D) auf der Trägerfläche (T1, T2) und deren horizontaler und vertikaler Versetzung, räumlich derart angeordnet sind, daß ihre Positionen angenähert der Lage des gemeinsamen Sensors (S) entsprechen und deren Brennweiten wenigstens angenähert proportional zu einer gegebenen Nachweisentfernung in den den betreffenden Reflektoren zugeordneten Empfangsbereichen sind.

2. Detektor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (A bis D) so ausgerichtet sind, daß sie mit dem Sensor (S) ein Muster von Empfangsbereichen bilden, das eine rechteckige geschützte Fläche wenigstens angenähert gleichmäßig überdeckt.

3. Detektor nach Patentanspruch 1 oder 2, da5

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durch gekennzeichnet, daß die einzelnen Reflektoren (A bis D) so bemessen sind, daß sie vom Sensor (S) aus gesehen einen Raumwinkel einer solchen Abmessung umschließen, daß die vom Sensor empfangene Strahlungsmenge vom Einfallwinkel angenähert unabhängig ist.

4. Detektor nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren zu wenigstens einer Gruppe (A, B) mit horizontal und vertikal gegeneinander versetzten Reflektoren zusammengefaßt sind, wobei wenigstens in einer Gruppe die mittleren Reflektoren (A4, B3) gegenüber den seitlichen Reflektoren (A1 bis A3, A5 bis A7, B1, B2, B4, B5) in vertikaler Richtung versetzt sind.

5. Detektor nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Reflektoren (A4, B3) wenigstens einer Gruppe am tiefsten und die seitlichen Reflektoren (A1 bis A3, A5 bis A7, B1, B2, B4, B5) mit zunehmendem Abstand von der Mitte zunehmend höher angeordnet sind.

6. Detektor nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein mittlerer Reflektor (C2) einen anderen Abstand vom Sensor (S) besitzt als die seitlichen Reflektoren (C1,C3).

7. Detektor nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Reflektoren in den Reflektorgruppen (A bis D) für unterschiedliche Nachweisentfernungszonen verschieden ist.

8. Detektor nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Reflektoren in den Reflektorgruppen (A bis D) mit der Nachweisentfernung zunimmt.

9. Detektor nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Trägerfläche (T1) wenigstens angenähert die Form eines Hyperboloids oder Paraboloids besitzt, wobei der Abstand des Sensors (S) von den Punkten der Reflektoren (A bis D) mit zunehmendem Winkel zwischen der Verbindungslinie von dem Sensor (S) zu dem Auftreffpunkt der Strahlung auf die Reflektoren (A bis D) und dem nach oben gerichteten Vektor der durch den Sensor (S) gehenden Vertikalen zunimmt.

10. Detektor nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der hyperboloid- oder para-boloidförmigen Trägerfläche (T1) wenigstens diejenigen Reflektoren (A1 bis A7, B1 bis B5) vorgesehen sind, denen die Empfangsbereiche mit der größten Nachweisentfernung zugeordnet sind.

11. Detektor nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfläche für die Reflektoren aus je einer Fläche (T1) unterhalb der durch den Sensor (S) gehenden Horizontalebene (H) und einer Fläche oberhalb der Horizontalebene (H) gebildet ist.

12. Detektor nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Trägerfläche (T1) wenigstens angenähert Hyperboloid- oder Paraboloid-form besitzt und diejenigen Reflektoren (A1 bis A7, B1 bis B5) trägt, die Empfangsbereiche mit großer Nachweisentfernung bilden, und daß die obere Trägerfläche (T2) wenigstens angenähert sphärisch ausgebildet ist und die Reflektoren (C1 bis C3, D1) für kürzere Nachweisentfernungen trägt.

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