CN103477375B - 无源红外探测器 - Google Patents

Abstract

无源红外探测器包括多个无源红外传感器（4、5）和布置成将来自目标区域的辐射引导到传感器上的透镜构件（2）。透镜构件（2）形成红外传感器（4、5）周围的实质上半球形的圆顶。圆顶具有中心轴和分布在中心轴周围的多个邻接的小面（2a‑2g）。每个小面具有平外表面和形成透镜以将辐射引导到传感器上的内表面。探测器包括与圆顶的中心轴对齐并具有实质上与中心轴正交的敏感表面的第一无源红外传感器（4）和分布在圆顶的中心轴周围的多个第二无源红外传感器（5）。第二无源红外传感器（5）倾斜，使得从每个第二无源红外传感器（5）的敏感表面向外的法线与中心轴的向外方向成锐角。探测器能够在一个宽区之上相当大的高度探测该区内的人的运动。

Description

无源红外探测器

技术领域

本发明涉及无源红外探测器。

背景

无源红外探测器已知用于提供在场和缺席探测以控制例如照明。然而，在一些情况下，无源红外探测器的当前设计是无效的，特别是在探测器离探测场相对大距离的场合。例如，在大仓库中，仓库的高度可超过十米。探测例如在特定的贮藏隔间中的工人的在场是合乎需要的，以便当工人在场时开启照明而在工人离开时关闭照明。以这种方式，照明不一定在仓库的每个隔间中一直开启，且能量被节约。然而，在隔间高且探测器安装在仓库的天花板或屋顶的场合，探测器离仓库的地板的距离非常大。当前探测器设计不能够在这样的情况下准确地探测人员的在场和缺席。

发明概要

根据本发明，提供了包括至少一个无源红外传感器和布置成将来自目标区域的辐射引导到传感器上的透镜构件的无源红外探测器。透镜构件形成红外传感器周围的实质上半球形的圆顶。圆顶具有中心轴并包括分布在中心轴周围的多个邻接的小面。每个小面具有平外表面和形成透镜以将辐射引导到传感器上的内表面。

因此，根据本发明，小面的平外表面与现有的弯曲透镜设计比较提高了能量收集。此外，实质上半球形的圆顶从各种方向提供能量收集。

如本文使用的术语“实质上半球形”预期涵盖下列情况：在包括横截面平面中的中心轴的圆顶的横截面类似于半圆的意义上，圆顶是真正半球形的。然而，该术语也预期涵盖不是完全的半球的圆顶。例如，圆顶而不是球的一半可由高达球的四分之一的任何东西代替，即，由球形表面和在离球的直径的四分之一和一半之间的表面的距离的最小值处的表面交叉的平面所限定的圆顶。而且，圆顶的表面不需要是真正球形的，但在一些情况下可以是例如椭圆形的。当然，小面的平表面意味着圆顶的表面只接近球形表面。

在优选布置中，探测器包括与圆顶的中心轴对齐的第一无源红外传感器。一般，无源红外探测器具有实质上与中心轴正交的敏感表面。有利地，探测器还可包括布置在圆顶的中心轴周围的多个第二无源红外传感器。第二无源红外传感器可倾斜，使得从每个第二无源红外传感器的敏感表面向外的法线与中心轴的向外方向成锐角。该布置具有下列优点：第二无源红外传感器能够接收来自一系列方向的辐射，而不阻碍第一无源红外传感器的探测场。在该布置中，第二无源红外传感器表面面对中心轴。然而，本发明的第二无源红外传感器背对中心轴的实施方式是可行的，虽然这目前不是优选的。在这种情况下，第二无源红外传感器可倾斜，使得从每个第二无源红外传感器的敏感表面向外的法线与中心轴的向内方向成锐角。

这本身被认为是新颖的，且因此从本发明的另一方面看提供了包括多个无源红外传感器和布置成将来自目标区域的辐射引导到传感器上的透镜构件的无源红外探测器。透镜构件形成红外传感器周围的实质上半球形的圆顶。圆顶具有中心轴并包括分布在中心轴周围的多个邻接的小面。每个小面具有平外表面和形成透镜以将辐射引导到传感器上的内表面。探测器包括与圆顶的中心轴对齐并具有实质上与中心轴正交的敏感表面的第一无源红外传感器和分布在圆顶的中心轴周围的多个第二无源红外传感器。第二无源红外传感器倾斜，使得从每个第二无源红外传感器的敏感表面向外的法线与中心轴的向外方向成锐角。

在从每个第二无源红外传感器的敏感表面向外的法线和中心轴的向外方向之间的锐角可大于20度，优选地大于30度。所述角可小于80度，优选地小于60度。

在该布置中，可提供至少三个第二无源红外传感器。在目前优选的布置中，可提供至少四个第二无源红外传感器。

探测器可配置成只有当红外辐射被多于一个无源红外传感器探测到时才产生阳性探测信号。这具有降低假阳性探测信号的概率的优点。因此，探测器可包括布置成处理来自无源红外传感器的信号并产生探测信号的电子逻辑。

圆顶可包括没有透镜表面的小面。然而在优选布置中，圆顶完全从具有平外表面和形成透镜以将辐射引导到传感器上的内表面的多个邻接的小面形成。以这种方式，最大辐射能量被收集并聚集到传感器上。

在一个布置中，多个邻接的小面包括布置在中心轴周围的小面的多个阵列。每个阵列可包括从中心轴延伸到圆顶的底部的一系列邻接的小面。圆顶可包括至少8个、优选地至少12个所述阵列。在每个阵列内，透镜的光学中心可在关于中心轴的相同方位角位置处对齐。每个阵列可包括至少三个小面、优选地至少四个小面、更优选地至少五个小面、最优选地至少六个小面。

每个阵列的第一小面可形成在中心轴周围的实质上圆透镜。中间小面可设置在阵列的小面之间以使圆顶的表面完整。

在本发明的实施方式中，小面是多角形的。圆顶可包括三角形、梯形、五角形和/或六角形的小面。

优选地，小面的相对面积设置成使得每个透镜收集来自与中心轴正交的远处平面辐射源的实质上相同的能量。以这种方式，传感器的响应与来自整个探测场的辐射一致。

一般说来，透镜是菲涅耳透镜。透镜的菲涅耳剖面可以是圆形的。在一个实施方式中，至少一个透镜的菲涅耳剖面具有优化在轴射线的能量收集的第一区和优化离轴射线的能量收集的第二区。

本发明扩展到用于根据本发明的无源红外探测器的透镜构件。

附图的简要说明

在下文中参考附图进一步描述了本发明的实施方式，其中：

图1是根据本发明的实施方式的探测器的侧视图；

图2是图1的探测器的透镜和其它部件的侧视图，其它部件被移除；

图3是沿探测器的中心平面截取的图1的探测器的透镜和其它部件的横截面视图，其它部件被移除；

图4是从图1的探测器的PIR传感器的布置之下看的视图；

图5是从图1的探测器的透镜的内表面之上看的视图；

图6是图1的探测器的透镜的内表面的一部分的详细视图；

图7是沿着图6的部分的边缘的侧视图；以及

图8是沿着图6的虚线的横截面视图。

详细描述

图1是根据本发明的实施方式的红外在场/缺席探测器的侧视图。如图1所示，探测器包括圆柱形塑料壳体1，其配置成安装在表面特别是天花板中的孔中。探测器还包括将在下面更详细描述的实质上半球形透镜2。在图1中，透镜2部分地被可移动护罩3覆盖，可移动护罩3可相对于壳体1旋转，以便限制探测器的探测场，如果需要的话。探测器可在有或没有可移除护罩3的情况下被使用，取决于探测器在使用中的位置和期望的探测场。另一可移除护罩3可被添加到探测器以提供矩形探测模式，例如其中期望探测场是通道。在这种情况下，矩形探测场被限定在图1所示的可移除护罩3和另一可移除护罩(未示出)之间。可移除护罩3包括由弱线(lines of weakness)限定的折断部分，其可被移除以限定探测场的其它形状或尺寸。折断部分可以是例如圆形的和/或矩形的。

在探测器离探测场相当大的距离的情况下，本探测器具有特别的应用。例如，在大仓库中，仓库的高度可超过十米。希望探测例如在特定的贮藏隔间中的工人的在场，以便当工人在场时开启照明而在工人离开时关闭照明。以这种方式，照明不一定在仓库的每个隔间中一直开启，且能量被节约。然而，在隔间高且探测器安装在仓库的天花板或屋顶的场合，探测器离仓库的地板的距离非常大。因此，探测器的探测场覆盖仓库地板的非常大的面积。在场探测器的配置允许这样的探测场被可靠地覆盖。

图2示出图1的探测器，且壳体1和一些部件被移除以更清楚地显示透镜2的配置。如图2、3和4所示的，探测器包括五个无源红外(PIR)传感器：中心传感器4和四个外围传感器5。传感器4、5安装到主电路板6，其设置有用于电连接到另外的电气部件(未示出)和电源的连接器7。主电路板6携带用于处理来自PIR传感器4、5的信号的电子逻辑。光学无线电路板8携带用于探测器的无线控制的电路并可安装到如图2所示的主电路板6。中心PIR传感器4实质上安装在与实质上半球形透镜2的轴对齐的圆形主电路板6的中心处。中心PIR传感器4的敏感表面与透镜的轴正交，使得中心传感器4在透镜2的轴的方向上向外朝向透镜2。四个外围PRI传感器5以均匀的间隔分布在中心传感器5周围，并因此在透镜2的轴周围。每个外围传感器5相对于中心传感器4的方位朝着透镜2的轴倾斜。因此，每个外围传感器5的敏感表面的向外法线与中心传感器4的敏感表面的向外法线成锐角。以这种方式，每个外围传感器5朝向透镜2的一部分，该部分相对于相应的外围传感器5的位置在透镜2的中心轴的相对侧上。使用这个布置，外围传感器5能够探测在中心传感器4的探测场外部的辐射，而不阻碍中心传感器5的探测场。然而，大部分探测场被中心传感器4覆盖，外围传感器5填充完整的探测场。

多个PIR传感器4、5的设置也具有下列优点：阳性探测信号可在多于一个传感器4、5记录到红外辐射下产生，以便防止假阳性探测。中心PIR传感器4是记录到红外辐射的传感器之一的条件。

透镜2是具有在PIR传感器4、5周围形成圆顶的通常半圆形形式的多小面透镜。透镜2被形成为透明或半透明塑料的单个模型。然而，透镜可被考虑为形成完整透镜2的多个小面的复合体。因此，如图2到8所示，复合透镜2包括中心圆小透镜2a，12个均匀分布的径向小透镜阵列从小透镜2a延伸。图6中示出一个小透镜阵列。每个小透镜阵列包括在径向方向上的五个连续的菲涅耳透镜。第一小透镜2b基于具有实质上梯形形状以适应相邻小透镜2a、2c的实质上光学上圆形的菲涅耳透镜。第一小透镜2b与中心圆小透镜2a的界面是弯曲的，以匹配中心圆小透镜2a的圆周。第二小透镜2c基于具有不规则但对称的六角形形状以适应相邻小透镜2b、2d、2g的实质上光学上圆形的菲涅耳透镜。第三小透镜2d基于具有实质上梯形形状以适应相邻小透镜2c、2e、2g的实质上光学上圆形的菲涅耳透镜。第四小透镜2e基于具有不规则但对称的六角形形状以适应相邻小透镜2d、2f、2g、2h的实质上光学上圆形的菲涅耳透镜。第五小透镜2f基于具有实质上梯形形状以适应相邻小透镜2e、2h的实质上光学上圆形的菲涅耳透镜。第五小透镜2f在径向方向上终止于透镜2的边缘部分，其提供用于将透镜2安装在壳体1中的向外定向的凸缘9。

在小透镜2c-2f之间设置跨越相邻小透镜阵列的两个另外的中间小透镜。第一中间小透镜2g位于相邻小透镜阵列的第二、第三和第四小透镜2c、2d、2e之间，并具有细长的六角形形状以适应相邻小透镜2c、2d、2e。第一中间小透镜2g基于实质上光学上圆形的菲涅耳透镜。第二中间小透镜2h位于相邻小透镜阵列的第四和第五小透镜2e、2f之间，并具有风筝形状以适应相邻小透镜2e、2f。第二中间小透镜2g基于实质上光学上圆形的菲涅耳透镜。

对于第一、第二、第三和第四小透镜2b、2c、2d、2e中的每个，小透镜的光学中心比小透镜所占据的区域的几何中心定位得比更靠近中心圆透镜2a。第五小透镜2f在形成第五小透镜2f的概念上完整的圆透镜的部分不包括透镜的中心的意义上具有虚拟中心。第五小透镜2f的虚拟中心因此朝着中心圆小透镜2a位于由小透镜占据的区域外部。第五小透镜2f的菲涅耳剖面不同于标准圆菲涅耳透镜，因为当剖面远离实质上半球形透镜2的中心圆透镜2a延伸时，透镜剖面对(虚拟)中心区中的在轴射线优化，并对离轴射线优化。

第一中间小透镜2g的光学中心比小透镜所占据的区域的几何中心定位得更远离中心圆透镜2a。第二中间小透镜2h也具有朝着中心圆小透镜2a位于由小透镜占据的区域外部的虚拟光学中心。第二中间小透镜2h的菲涅耳剖面不同于标准圆菲涅耳透镜，因为当剖面远离实质上半球形透镜2的中心圆透镜2a延伸时，透镜剖面对(虚拟)中心区中的在轴射线优化，并对离轴射线优化。

小透镜2a-2h中的每个的外表面是平的，这帮助模制和透镜设计。此外，平小面的使用与相同面积和焦距的弯曲菲涅耳透镜比较提高了收集效率。小透镜的焦距被选择成使得在典型使用位置上探测的最远的物体的宽度正好填充PIR传感器4、5的敏感区域。在本实施方式中，每个小透镜2a-2h具有相同的焦距，其相应于实质上半球形透镜2的半径。在所示的特定实施方式中，该半径是35mm。

使用形成实质上半球形透镜2的小透镜2a-2h的所述布置，每个小透镜2a-2h具有相似的能量收集，使得一致的信号水平在PIR传感器4、5处产生，而不考虑探测场中的物体的位置。每个小透镜2a-2h的能量收集由其面积和辐射入射在透镜和PIR传感器4、5上的角度确定。参考在探测场中的探测中心的期望模式来确定在半球上的每个小透镜2a-2h的中心的位置，以给出物体的运动的期望最小可探测的距离，并记住小透镜2a-2h的收集效率。探测中心的所需模式也确定小透镜的所需数量。在所述布置中，小透镜被定位和定向成将来自相应的探测中心的辐射引导到PIR传感器4、5上。

因此，使用根据所述布置的探测器，来自宽探测场中的人的红外辐射可被探测，即使探测器位于地板之上相当大的高度处。

总之，无源红外探测器包括多个无源红外传感器4、5和布置成将来自目标区域的辐射引导到传感器上的透镜构件2。透镜构件2形成红外传感器4、5周围的实质上半球形的圆顶。圆顶具有中心轴和分布在中心轴周围的多个邻接的小面2a-2g。每个小面具有平外表面和形成透镜以将辐射引导到传感器上的内表面。探测器还包括与圆顶的中心轴对齐并具有实质上与中心轴正交的敏感表面的第一无源红外传感器4和分布在圆顶的中心轴周围的多个第二无源红外传感器5。第二无源红外传感器5倾斜，使得从每个第二无源红外传感器5的敏感表面向外的法线与中心轴的向外方向成锐角。探测器能够在离宽区之上相当大的高度探测该区内的人的运动。

在本说明书的全部描述和权利要求中，词“包括”和“包含”及其变形意指“包括但不限于”，且它们不预期(和不)排除其它部件、整体或步骤。在本说明书的全部描述和权利要求中，单数包括复数，除非上下文另外要求。特别是，在不定冠词被使用的场合，说明书应被理解为设想复数以及单数，除非上下文另外要求。

结合本发明的特定的方面、实施方式或例子描述的特征、整体或特性应被理解为可应用于本文描述的任何其它方面、实施方式或例子，除非与其不兼容。在本说明书(包括任何附随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或这样公开的任何方法或过程的所有步骤可被组合在任何组合中，除了这样的特征和/或步骤相互排他的组合。本发明不限于任何前述实施方式的细节。本发明扩展到在本说明书(包括任何附随的权利要求、摘要和附图)中公开的任何新颖的特征或特征的任何新颖的组合、或这样公开的任何方法或过程的任何新颖的步骤或步骤的任何新颖的组合。

Claims (15)

1.一种无源红外探测器，包括多个无源红外传感器(4，5)和布置成将来自目标区域的辐射引导到所述多个无源红外传感器(4，5)上的透镜构件(2)，

其中所述透镜构件(2)形成所述多个无源红外传感器(4，5)周围的实质上半球形的圆顶，所述圆顶具有中心轴并包括分布在所述中心轴周围的多个邻接的小面，每个小面具有外表面和形成透镜以将辐射引导到所述多个无源红外传感器(4，5)上的内表面，

其中所述无源红外探测器包括与所述圆顶的所述中心轴对齐并具有实质上与所述中心轴正交的敏感表面的第一无源红外传感器(4)和分布在所述圆顶的所述中心轴周围的多个第二无源红外传感器(5)，

其特征在于：

所述第二无源红外传感器(5)倾斜，使得从每个第二无源红外传感器(5)的敏感表面向外的法线与所述中心轴的向外方向成锐角，

每个小面具有平外表面，以及

所述多个邻接的小面的相对面积设置成使得每个透镜从与所述中心轴正交的远处平面辐射源收集实质上相同的能量。

2.如权利要求1所述的无源红外探测器，其中所述无源红外探测器配置成只有当红外辐射被多于一个无源红外传感器(4，5)探测到时才产生阳性探测信号。

3.如权利要求1所述的无源红外探测器，其中所述圆顶完全从所述多个邻接的小面形成。

4.如权利要求2所述的无源红外探测器，其中所述圆顶完全从所述多个邻接的小面形成。

5.如权利要求1-4中任一项所述的无源红外探测器，其中所述多个邻接的小面包括分布在所述中心轴周围的小面的多个阵列，每个阵列包括从所述中心轴延伸到所述圆顶的底部的一系列邻接的小面。

6.如权利要求5所述的无源红外探测器，其中所述圆顶包括所述多个阵列中的至少十二个。

7.如权利要求5所述的无源红外探测器，其中在每个阵列内，所述透镜的光学中心在关于所述中心轴的相同方位角位置处对齐。

8.如权利要求6所述的无源红外探测器，其中在每个阵列内，所述透镜的光学中心在关于所述中心轴的相同方位角位置处对齐。

9.如权利要求5所述的无源红外探测器，其中每个阵列包括至少五个小面。

10.如权利要求6-8中的任一项所述的无源红外探测器，其中每个阵列包括至少五个小面。

11.如权利要求5所述的无源红外探测器，其中每个阵列的第一小面形成在所述中心轴周围的实质上圆透镜。

12.如权利要求6-9中的任一项所述的无源红外探测器，其中每个阵列的第一小面形成在所述中心轴周围的实质上圆透镜。

13.如权利要求10所述的无源红外探测器，其中每个阵列的第一小面形成在所述中心轴周围的实质上圆透镜。

14.如权利要求1-4中的任一项所述的无源红外探测器，其中所述透镜是菲涅耳透镜。

15.如权利要求14所述的无源红外探测器，其中至少一个所述透镜具有菲涅耳剖面，所述菲涅耳剖面具有优化对在轴射线的能量收集的第一区和优化对离轴射线的能量收集的第二区。