CN101366062B - 障碍物检测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种障碍物检测装置。它包括具有形成于光导的一个光导表面内的至少一个沟槽的光导。提供光发射器将光发射至光导，并且提供至少一个光导检测器来检测透射穿过光导的光和/或被光导内侧的至少一个沟槽所反射的光的强度。此外，该障碍物检测装置包括当强度与参考值之间的差值的绝对值高于阈值时用于输出警报信号的输出装置。

Description

障碍物检测器

技术领域

本发明涉及一种障碍物检测器，特别是一种入侵物红外检测系统。

背景技术

被动式红外检测系统广泛地用于入侵物检测系统中。它们的基本原理是检测远红外辐射(波长大于10μm)。这种辐射是从任何温暖的物体如人类、机动车放射出。相应的红外传感器一般位于入射窗(entrance window)后面以保护传感器免受环境损害。

白天，大多数入侵物检测器系统不运转。此时入侵物可操纵被动式红外检测器从而使其永久地保持不运转状态。一种控制方法是用对于远红外辐射为不透明但对视觉上或近红外辐射来说为透明的喷雾或液体遮盖入射窗。入侵物检测系统的维护人员仅凭一瞥不能看见该喷雾并且察觉到被动式红外检测器的控制。

根据EP0660284A1，一种近红外发射器被置于被动式红外检测器的入射窗外侧。发射器的发射角度非常宽，并且部分近红外光可被位于入射窗后部的近红外传感器所检测。对入射窗施加对于近红外辐射是不透明的喷雾，就可轻易被检测到。但可使用对于近红外辐射来说是透射的喷雾来破坏被动式红外检测器。

EP0772171A1描述了一种使用衍射面的破坏检测系统。来自光源的光被衍射面聚焦于检测器。对所述构造的衍射面施加喷雾改变了衍射模式和聚焦点。这就导致检测器检测到的光强度改变。不幸地，很难用合成材料便宜地和广泛地制造该复杂的衍射面。

US5499016和EP0817148A1提出使用均位于入射窗外侧的红外发射器和检测器。该发射器的红外辐射在表面和入射窗的空间内散射。空间内的散射占大多数。反射的部分被近红外检测器所检测。施加于入射窗表面的喷雾部分地改变了入射窗的反射特性并且从而改变了被近红外检测器所检测到的强度。施加于入射窗的喷雾将大致形成光滑的膜。入射窗与液体的表面特性的差别导致散射至检测器的光强度改变。但是这种改变太微小了。空间内散射的光的主要部分不受到液体的影响并且保持不变。因此需要极高灵敏度的检测器来检测这些微小的变化。EP0817148A1的机械装置使用光导分别发射和检测从入射窗发出和进入的光。这就实现了光的切线入射，提高了对施加于入射窗上的喷雾的感应灵敏度，但代价是复杂的机械光导结构。

发明内容

本发明提供了一种具有如权利要求1所述特征的障碍物检测装置，其灵敏度高并且容易制造。

该障碍物检测装置包括光导，光导具有至少一个形成在其一个光导表面中的沟槽。提供光发射器将光发射至光导，并且提供至少一个光检测器来检测透射穿过光导的光和/或被光导内侧的至少一个沟槽所反射的光的强度。此外，该障碍物检测装置包括输出装置，用于当强度与参考值之间的差值的绝对值高于阈值时输出警报信号。这对应于较低和较高阈值的使用。

光导具有用于入射和出射光的至少两个进入面。另一个表面形成光导表面。它们已知的原理是相对于光导表面以较小角度折射入射的光。这些光导可具有杆状结构或为薄膜。根据本发明的方案，沟槽形成于光导表面中。光导中的光线将以与入射光与光导表面的角度相比更大的角度与沟槽的表面相交。这部分光线因此从光导散射出去。这就减少了到达光检测器的光量。施加于沟槽的喷雾将其充满并且光滑的膜覆盖了光导表面。大多数液体的折射率约1.33。光导材料的折射率约1.4-1.5。因此，各个折射率差别不大。被充满的沟槽可被认为是“修复的”并且形成光滑的光导表面。结果，光导的质量增加并且更多入射入光导的光透射至光检测器。

实施例和所附权利要求给出了优选方案。

根据优选方案，光导由入侵物红外检测系统的入射窗形成。该入射窗通常由较小的玻璃薄膜或合成材料形成，从而确保了光导的特性。该入射窗可为平坦的或任何方向上围边的。

沟槽可为细长的并且设置为相对于平行于光导的主要透射方向的光导的轴成20至70度角。这些相对于行进光倾斜的沟槽导致部分光透射而不反射，部分光在沟槽处反射，而另一部分光被沟槽射出光导。输出装置可包括比较透射光的强度与沟槽上反射的光的强度的比较器。当施加喷雾时，沟槽上反射的光的强度将减小并且透射光的强度增加。该特征比单纯的强度增加或减小更容易检测。

光发射器可设置成垂直于光导表面的第一区域发射光，其中所述第一区域为散射的。光导表面的第二区域也可为散射的，并且光检测器被设置为其检测锥(detection cone)垂直于该第二区域。这就使得可将光射入光导并且检测被光导透射的光或被沟槽反射的光。

可替换地或附加地，在光发射器与光导之间设置棱柱和/或在光导与光检测器之间设置棱柱。该棱柱用于将发射锥(emission cone)和检测锥减小至光导的进入面的尺寸。

附图说明

本发明将参照实施例和下面的附图进行描述。

图1：一个实施例的三维示意图；

图2：图1的实施例的俯视图；

图3：无喷雾的实施例的定向特性的示意图；

图4：施加喷雾的实施例的定向特性的示意图；

图5：另一个实施例的俯视图；

图6：不施加喷雾的实施例的截面图；

图7：图6的实施例施加喷雾的截面图；以及

图8：图6的实施例的俯视图。

附图中，几个附图中相同的附图标记表示相同或类似的功能。

具体实施方式

图1示出平的光导1的三维示意图。该光导可被置于入射窗的顶部。该窗和光导可为围边的(curbed)、细长的或杆状的。

红外光发射二极管2或任何其它发光体将光线I射入入射窗1的侧面101。该光线I被入射窗1导向在其顶表面100与其底表面之间。这两个表面形成了光导表面。

在入射窗1的1顶表面100内形成棱柱或三角形沟槽10。沟槽10在顶表面100内的方位相对入射光I倾斜φ角。

入射光I在点P与沟槽10的侧壁相交。入射光I的一部分将被反射为反射光R。另一部分将在沟槽10的侧壁上折射，从而离开入射窗1并且进入沟槽10的空间内。现在，根据折射线U的方位和沟槽的几何形状，该折射线U与沟槽10的另一个侧壁在点Q相交。在点Q，光线U被反射成光线L，其指向离开入射窗1的方向。在点Q，一部分被折射入入射窗的内部。该二次折射(double-refracted)线将作为透射光T从入射窗1的侧面102射出。图2示出上述图1的俯视图和入射窗1。

沟槽10将入射光I拆分为三部分：透射光T，反射光R和散失光L。透射光和反射光的相对强度取决于沟槽10的几何形状，特别是侧壁相对于入射光I的方位以及入射窗1的折射率与充满沟槽10的介质的折射率的关系。

图3和4也解释了充满沟槽10的介质的决定作用。在图3中，入射窗1被示出。其折射率约1.4-1.5。这是玻璃或透明合成材料的折射率的一般范围。沟槽10充满折射率约1.0的空气。第一入射光I1的方位平行于导向面100。在点P1，入射光I1被沟槽10的侧壁所反射。这部分地归因于入射窗1与空气的两个折射率之间的大的差别。反射后，光线L1从导向面100离开并且对于光导1来说散失。第二入射光I2相对于导向面100偏斜一定角度。该入射光在点P2相对于侧壁法线成很小角度地与侧壁相交。入射光I2的主要部分被折射并且取决于在点Q2与相对侧壁相交的几何形状。该侧壁将光线E2的一部分反射为散失光L2并且将其它部分折射回入射窗1。后面的这部分可被检测为透射光T2。因此，透射光的强度小于入射光I1，I2。

在图3中，入射窗1被液体或喷雾11覆盖。假设液体完全地充满沟槽10并且形成平行于入射窗1的顶表面100的平面110。大多数液体(如水)具有约1.3的折射率。因此其与入射窗的折射率的差值小于空气的折射率(1.0)与入射窗(1.4-1.5)之间的差值。进入入射窗1的入射光I3类似于入射光I1，具有平行于顶表面100的方位，它不会在沟槽10的侧壁完全地被反射。入射光I3在点P3被折射，但其方向仅略微改变了，因为入射窗与液体两个透射率之间的差值很小。因此，入射光I3基本上完全地被透射为透射光T3。入射光I4类似于入射光I 1，相对于顶表面100倾斜。入射光I4在点P4离开入射窗。因此它将在顶表面110被反射并且重新进入入射窗1。空气与液体的折射率差值不足以完全地反射这些相对顶表面110的法线成较大角度的入射光I4。因此，大多数入射光I4被透射为透射光T4。

比较图3和图4，示出当液体被施加于入射窗1的顶表面及其沟槽10时透射光的强度明显增大。

在图1和2中示出：部分入射光被沟槽10的侧壁所反射。根据光学原理，两个介质之间的界面的反射率与介质的透射率的商大致成比例。喷雾的折射率相对于入射窗的折射率的差值比空气的折射率相对于后者的差值更小。因此当液体被施加于入射窗的顶表面100时反射光的强度减小了。

可使用多种电路或数据加工方法来确定液体是否存在于入射窗上，并且可输出警报信号。

可设置检测器3来检测透射光T。如果强度低于预定的阈值，警报信号输出。对于该方法，入射光I的强度需要稳定或者阈值需要相对于该入射光I的强度被校正。不检测透射光T的强度，可检测反射光R的强度。这样，强度降低高于阈值时启动警报信号的输出。一种更成熟的方法是同时测定透射和反射。确定透射光与反射光强度的商。如果该商降低低于和/或增高高于各个阈值，输出警报信号。该方法与入射光I的强度无关。

图5示出在其顶表面100内形成多个沟槽10a的入射窗1。每个沟槽都有助于光线的反射并且从而增强了指示液体是否施加于入射窗1的顶表面100的信号。这有助于本实施例的灵敏性。

图6和7示出具有散射区域20的入射窗1。可通过刮擦或砂磨顶表面100来提供这些散射区域20。入射光I6被导向为垂直入射窗的顶表面100。但是散射区域20几乎在所有方向上再分配了该入射光。部分入射光I6被入射窗1导向。当光穿过沟槽10时，其强度减小(或如图7所示保持基本恒定)。第二散射区域21设置在检测器3的对面。透射和导向光的一部分被重新导向为透射光T7并且被检测器3记录。

散射器22可被设置在光发射器2与入射窗1的底表面之间从而增强入射窗1内的导光量。散射器必须与光发射器适当地接触，二者之间不能有任何气隙。该散射器附加地或取代散射区域20、21被使用。

棱柱30可被置于侧面101和光发射器2之间。棱柱30的较宽面收集了大部分发射的光I9。棱柱30的侧面引导光并且使其相对于入射窗1的直径校准。

上述实施例可用作红外线探测器的入射窗。在另一个实施例中，光导形为单独的膜并且被置于入射窗的顶部。因此光导和入射窗的光学特性可单独地选择。光导必须为在可见的和近红外范围是透明的。但要求入射窗必须在该范围内是不透明的。这借助两种不同材料的夹心结构可轻易实现。要了解，这两种材料必须在远红外范围内是透明的。光导可由聚乙烯或聚丙烯形成。

上述实施例并非对本发明范围的限定。本领域技术人员可对上述方案轻易地进行改变而不具有创造性。

沟槽10可被定向为垂直入射光I。

不用长条的沟槽，可使用短沟槽或锥形的沟槽。沟槽的截面形状可为任何形状。其它形状是椭圆形和圆形。

散射区域损失的那部分光可用于检测外壳碰撞。纸片或其它任何硬质外壳反射了至少部分损失的光。该反射光被光检测器或其它光检测器所检测。高于预定阈值的增加将引发警报。

Claims (8)

1.一种用于入侵物红外检测系统的障碍物检测装置，包括：

光导(1)，具有形成于光导(1)的一个光导表面(100)中的至少一个沟槽(10)；

用于将光射入光导(1)内的光发射器(2)；

至少一个光检测器(3，4)，用于检测穿过光导(1)的透射光(T)的强度和被光导(1)内侧的至少一个沟槽(10)所反射的反射光(R)的强度；

输出装置，用于当透射光的强度与反射光的强度的商增高高于阈值时输出警报信号。

2.如权利要求1所述的障碍物检测装置，其中光导被设置在所述入侵物红外检测系统的入射窗(1)的顶部。

3.如权利要求2所述的障碍物检测装置，其中沟槽(10)为细长的并且设置为相对于光导(1)的轴线成20至70度角，所述轴线平行于光导(1)的主透射方向。

4.如权利要求3所述的障碍物检测装置，其中输出装置包括比较器，用于比较透射光(T)的强度与沟槽(10)处反射光(R)的强度。

5.如权利要求1所述的障碍物检测装置，其中沟槽(10)具有三角形或半椭圆形截面。

6.如权利要求1所述的障碍物检测装置，其中光发射器(2)被设置为垂直于光导表面(100)的第一区域(20)发射光，所述第一区域(20)为散射的。

7.如权利要求1所述的障碍物检测装置，其中光检测器(2)被设置为其检测锥垂直于光导表面(100)的第二区域(21)，所述第二区域(21)为散射的。

8.如权利要求1所述的障碍物检测装置，其中在光发射器(2)与光导(1)之间设置棱柱和/或在光导(1)与光检测器(3)之间设置棱柱。

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