CN106971480A - 具有被动式红外信号增强的顶棚安装式运动检测器 - Google Patents
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Abstract
提供了具有被动式红外信号增强的顶棚安装式运动检测器。系统包括热释电传感器，所述热释电传感器还包括：封装；位于所述封装内的正热释电感测元件；位于所述封装内紧邻所述正热释电感测元件的负热释电感测元件；以及置于所述封装中具有细长度形状的窗，其中所述窗的宽度平行于接合上述感测元件的各自中心的线，且所述窗的长度垂直于该线，其中所述窗在上述感测元件上居中以将来自于外源的红外能量传导到上述感测元件上，并且其中所述窗的宽度小于上述感测元件的组合宽度加上隔开上述感测元件的任何空间。
Description
技术领域
本申请涉及安全系统，并且更具体地涉及安全系统。
背景技术
已知系统在安保区域内保护人们和财产。这样的系统通常基于一个或更多个在区域内检测威胁的传感器的使用。
对人们和财产的威胁可能源自于任何数量个不同的来源。例如，火灾可能致死或者伤害困于家中火灾的住户。类似地，来自于火灾的一氧化碳可能致死在他们睡梦中的人们。
另外，诸如入室盗贼的未授权闯入者可能对区域内的财产呈现威胁。还已知闯入者伤害或者致死区域内居住的人们。
在闯入者的情况中，传感器可以基于不同区域各自的用途而放置于这些区域中。例如，如果人们在正常一天中一些时段出现而在其它时间不出现，则传感器可以沿空间外围放置，以在该空间被占用时提供保护，而额外的传感器可以放置于该空间的内部并且在该空间未被占用时被使用。
在多数情况下，威胁检测器连接到本地控制面板。一旦经由传感器之一检测到威胁，控制面板可以通过声音发出本地可听闻的警报。控制面板还可以向中央监控站发送信号。
尽管常规的安全系统工作良好，但是有时其难以在建筑物内开放区域中或者在具有低顶棚的房间处检测到闯入者。因此，存在对用于被动检测闯入者的更好方法和装置的需求。
附图说明
图1图示根据本文的安全系统的框图；
图2是图1的系统所使用的闯入传感器组件；
图3图示图2 的组件的热释电（pyroelectric）传感器；
图4是图3的传感器的剖开细节；
图5图示与图2的检测器组件一起使用的镜组件；
图6图示在行走测试期间图2的组件的信号输出；以及
图7图示传感器组件的各个特征的比较结果。
具体实施方式
尽管所公开的实施例可以采取很多不同的形式，但其具体实施例在附图中示出并且将在此详细描述，其中应理解的是，本公开将被视作其原理及实践其最佳方式的例示，并且并不意图将本申请和权利要求限制到所说明的具体实施例。
图1描绘根据所图示实施例总地示出的安全系统10。系统内包括的是多个在安保地理区域16内检测威胁（例如人类闯入者）的传感器12、14。
传感器可以以多种不同形式中的任何形式来体现。例如，传感器中的至少一些可以是放置在提供安保区域出入的门和/或窗上。其它传感器可以是被动式红外（PIR）传感器，放置在区域中以检测已经能够规避沿安保区域周边放置的传感器的闯入者。
系统内还包括的是监控传感器的控制面板18。一检测到传感器之一致动，控制面板就向中间监控站20发送警报信号。中央监控站可以通过招来警察作为响应。
控制面板和每个传感器内包括的可以是一个或更多个处理器装置（处理器）22、24，这些处理器装置在从非暂态计算机可读介质（存储器）30加载的一个或更多个计算机程序26、28的控制之下操作。如在这里使用的，对计算机程序所执行步骤的引用也是对执行该步骤的处理器的引用。
例如，处理器之一可以是监控传感器的警报处理器。传感器之一一致动，警报处理器就可以构造要被发送到中央监控站的警报消息。该消息可以包括警报系统的标识符（例如地址、账号等）、传感器类型标识符、安保区域内位置、以及时间。
图2图示用作图1中所示传感器之一的PIR传感器组件50的使用。PIR传感器50安装在安保区域54内的顶棚52上。
PIR组件内包括的可以是差分PIR设备56和镜组件58。如所示出的，来自于闯入者62的红外能量51被镜组件反射到PIR设备中。如此，镜组件使得PIR传感器组件的横向范围相较于常规PIR检测器显著地增加。
图3图示出图2的PIR设备的例子。如所示出的，PIR设备包括载于壳体58内的第一正红外检测元件62和第二负红外检测元件64。壳体所载的红外窗60允许源自于PIR设备外部（例如源自于图2的闯入者）的红外能量穿过壳体外表面并冲击到PIR元件中的一个或更多个上。
图4A示出图2中所示出的PIR设备和镜组件的镜66的简化例子。图4B示出PIR设备的放大侧面剖开视图。如从图4A可以看到的，镜已经从垂直平面倾斜小角度68。该小角度或者倾斜确定PIR传感器组件对地板之上某特定安装高度的检测范围。
如从图3和图4可以注意到的，窗具有这样的纵向形状，即长度72平行于PIR元件之间的空间70。还应当注意，窗的宽度显著地小于两个PIR元件的组合宽度加上PIR元件之间的空间。使用相对窄的窗使得要被掩蔽的PIR元件之一接近PIR传感器组件检测范围的界限。该掩蔽改善在设备检测范围界限处的IR信号的信号强度。
图4示出图2的镜组件的一个元件，其包围图4中所示的两个PIR检测元件。如图5中所示出的，镜组件可以包括多个环74、76、78，每个环由排布为圆的镜组成。图5的镜组件可以用在这样的应用中，在所述应用中所期望的范围是9米并且PIR组件的安装高度是地面之上4.3米。如果检测范围大于20米并且顶棚高度高于6米，则可以使用4组环。如果检测范围小于25米并且顶棚高度小于3.6米，则可以使用2组环。
一般来说，每个环一般具有圆环形状，其中镜的反射表面在圆环的内部。在图5中所示出的例子中，外环可以具有28个镜。
在一个所图示的实施例中，绕圆环的方向的镜的宽度可以被逐渐调整以改善信号响应。例如，沿图5中所示出的水平线相对端（横跨纵向窗长度）上的弱轴的镜可以是在顶部和底部的镜的宽度的3倍。
图6示出PIR设备对于正在行走测试设备的人的信号响应。图6右下角的小图示出纵横穿越9米最大范围（半径）的该人的路径。如右下角图中所示出的，该人沿每个半球穿越该最大范围16次，由此提供32个测试点。图6中-左侧的32个图形示出PIR设备对行走测试的信号响应。
如可以观察到的，图形P1示出PIR设备响应于人穿越最大范围阈值而提供负向脉冲。这个负向脉冲示出正PIR元件已经被窗掩蔽的情况下负PIR元件的响应。图形P7-P10示出PIR元件仅部分被掩蔽的情况下脉冲的正和负部分。
图7示出PIR传感器组件的三种不同实施例的行走测试结果比较。1号例子（在左侧）示出使用常规PIR（其中窗未曾被缩窄至掩蔽PIR元件之一）的结果。2号例子（中间）示出具有窄窗和等尺寸镜的修改的PIR设备。3号例子示出使用缩窄的窗和变化的镜宽度的最佳结果。
一般来说，常规PIR传感器广泛用于顶棚安装的运动检测。然而，360度操作的要求对于基于常规技术的可靠操作来说是严峻的挑战。因为PIR检测元件不是旋转对称的，所以基于闯入者靠近检测器的方向而存在着显著的性能差异。例如，检测范围大于12米的情况下，这些设备的检测能力中存在明显的强轴和弱轴。由于强轴和弱轴之间的差异，错过闯入者是不可避免的。
过去解决信号强度差异问题的努力已经涉及使用多个热释件（pyro）元件设计（例如3个热释件、4个热释件等），使得每个热释件仅检测120度（3个热释件）或者90度（4个热释件）而不是所要求的360度。然而，多个热释件涉及要求多个光学部件、电路和机械支撑的设计，并且这样的设计增加成本且加剧压缩这样的设备的尺寸的难度。
图2的PIR传感器组件包括新颖的镜和热释件设计，其解决两个热释件设计的非对称操作的问题。使用该新颖设计，相对于PIR设备从任何方向移动的闯入者将产生相同水平的输出信号强度。
一般来说，图2的PIR组件提供多个重要的优点。例如，该组件通过将浪费的信号能量从强轴转移到弱轴而提供显著的性能改进，由此避免错过警报和误警报。新的组件提供360度覆盖，并且通过所有可应用规程标准而无错过警报。该组件仅要求单对PIR元件，而不会有四元件热释件、双通道热释件等的花费和难度。该PIR设备具有小物理尺寸（例如小于60毫米宽度乘以25毫米高），由此提供相比于18米范围中其它产品来说非常紧凑的尺寸。
图7图示设计的优点。从图1（1号模型，左边一组两列），可以观察到尽管镜的尺寸相等，来自于每个区的能量输出是非常不同的。例如，最大值约为最小值的六倍。取决于热释件的朝向，存在着强区域和弱区域。1号模型的最小数据太低了，这可能容易导致错过警报，并且最大值太高了，这可能容易导致误警报。
模型2（图7，中间两列）使用等尺寸的镜和优化的PIR设备。如可以注意到的，模型2在信号水平方面是显著的改善。
模型3（图7，右边两列）进一步改善性能。模型3包括优化的热释件窗来抑制共模效应，否则该共模效应将增强沿强轴的差分信号效应。（这是由于热释件设备是使用正负PIR元件的差分设备。）模型3通过增宽度弱轴上的镜并减小强轴上镜的宽度来平衡镜的尺寸。
模型1具有强区（P1到P4和P13到P16）和弱区（P7到P11）。模型1的一些行走点几乎完全不提供信号。模型3的新设计改善了这些弱点，平衡了最大值和最小值，并且为检测器组件提供更可靠的性能。
模型3提供两个主要的益处。通过限制窗的宽度抑制了共模效应。非对称镜设计消除了热释件元件的非对称信号响应。
模型1的热释件设计具有广角窗。当广角窗用于顶棚安装式PIR检测器组件时，热释件在弱区中的正元件和负元件将同时看到闯入者。因为热释件是差分元件，输出信号将非常低。为了解决该问题，模型2和模型3盲化（blind）一个元件。相应地，模型2和模型3的热释件的特征在于，在弱区中窗将阻止不想要的能量以改善整体性能。
为了实现对一个PIR元件的掩蔽，缩小了窗的宽度。窗的宽度对于新的热释件盲化一个元件的能力具有显著的影响。如果窗太小，通过的能量太低而不能产生警报。否则，如果尺寸太大，它不能抑制共模。
还结合镜来考虑窗的宽度。图4图示宽度选择的原理。在此，已经发现2.5毫米提供最好结果。窗的长度不是如此重要。一般来说，窗越长度越好。
接下来，考虑每个镜的尺寸。镜的宽度部分控制每个区中热释件的性能。新的镜组件有两个特征。首先，强区中的尺寸（镜的宽度）小并且从强区向弱区逐渐增大。同一层中所有的镜具有相同的高度，因此它们具有不同的宽度（部分用角度来描述宽度）。第二，靠近弱轴的最大一个的宽度（最宽度镜的宽度）是靠近强轴的最小一个的宽度的三倍（忽略镜长度的光线占用）。图5仅示出28个镜的四分之一，因为它们是对称的。
一般来说，系统使用这样的热释电传感器组件，所述热释电传感器组件具有封装、位于封装内的正热释电感测元件、位于封装内紧邻正热释电感测元件的负热释电感测元件、以及置于封装中具有细长度形状的窗，其中窗的宽度平行于接合上述感测元件的各自中心的线且窗的长度垂直于该线，其中窗在上述感测元件上居中以将来自于外源的红外能量传导到上述感测元件上，并且其中窗的宽度小于上述感测元件的组合宽度加上隔开上述感测元件的任何空间。
可替换地，系统使用这样的热释电传感器组件，所述热释电传感器组件具有封装、位于封装内的第一热释电感测元件、位于封装内紧邻正热释电感测元件的第二热释电感测元件、置于封装中具有细长度形状的窗、以及排布在封装外紧邻窗的多个镜，其中窗的宽度平行于接合上述感测元件的各自中心的线且窗的长度垂直于该线，其中窗在上述感测元件上居中以将来自于外源的红外能量传导到上述感测元件上，并且其中窗的宽度小于上述感测元件的组合宽度加上隔开所述上述感测元件的任何空间，所述多个镜将入射光反射到第一和第二热释电元件上。
可替换地，系统包括保护安保地理区域的安全系统、检测安保区域内的威胁的热释电传感器组件、以及排布在封装外紧邻窗的多个镜，所述热释电传感器组件还包括封装、位于封装内的第一热释电感测元件、位于封装内紧邻正热释电感测元件的第二热释电感测元件、以及置于封装中具有细长度形状的窗，其中窗的宽度平行于接合上述感测元件的各自中心的线且窗的长度垂直于该线，其中窗在上述感测元件上居中以将来自于外源的红外能量传导到感测元件上，并且其中窗的宽度小于上述感测元件的组合宽度加上隔开上述感测元件的任何空间，所述多个镜将入射光反射到第一和第二热释电元件上。
从前述将观察到可以实施许多变型和修改而不偏离其精神和范围。应当理解，关于本文所说明的具体装置并不意图有或应当推断出任何限制。当然，意图由所附权利要求覆盖如落入权利要求范围内的所有这些修改。另外，图中描绘的逻辑流并不要求所示出的特定顺序或依次顺序来实现合乎期望的结果。可以提供其它的步骤或者可以从所描述的流中消除步骤，并且可以向所描述的实施例增加其它部件或者从所描述的实施例去除其它部件。
Claims (10)
1.一种装置，包括：
热释电传感器，所述热释电传感器还包括：
封装；
位于所述封装内的正热释电感测元件；
位于所述封装内紧邻所述正热释电感测元件的负热释电感测元件；以及
置于所述封装中具有细长度形状的窗，其中所述窗的宽度平行于接合上述感测元件的各自中心的线，且所述窗的长度垂直于该线，其中所述窗在上述感测元件上居中以将来自于外源的红外能量传导到上述感测元件上，并且其中所述窗的宽度小于上述感测元件的组合宽度加上隔开上述感测元件的任何空间。
2.如权利要求1所述的装置，还包括从所述封装偏移的多个镜，所述多个镜形成绕所述窗的圆环，具有在所述圆环内侧的反射表面，所述反射表面将红外能量穿过所述窗反射到上述感测元件上。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述多个镜还包括绕上述传感元件的多个环，每个环形成分别的圆环。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述多个环还包括3个环。
5.如权利要求2所述的装置，其中所述多个镜的宽度绕所述圆环从面对所述窗纵端一侧的最小值逐渐增加到所述窗纵侧的最大值。
6.如权利要求5所述的装置，其中最大宽度与最小宽度之比包括值3。
7.如权利要求1所述的装置，其中热释电传感器还包括闯入检测器。
8.如权利要求1所述的装置，还包括安全系统。
9.一种装置，包括：
热释电传感器，所述热释电传感器还包括：
封装；
位于所述封装内的第一热释电感测元件；
位于所述封装内紧邻正热释电感测元件的第二热释电感测元件；
置于所述封装中具有细长度形状的窗，其中所述窗的宽度平行于接合上述感测元件的各自中心的线，且所述窗的长度垂直于该线，其中所述窗在上述感测元件上居中以将来自于外源的红外能量传导到上述感测元件上，并且其中所述窗的宽度小于上述感测元件的组合宽度加上隔开上述感测元件的任何空间；以及
排布在所述封装外紧邻所述窗的多个镜，所述多个镜将入射光反射到所述第一热释电感测元件和所述第二热释电感测元件上。
10.如权利要求9所述的装置，其中第一和第二热释电传感器还包括差分热释电传感器。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170721 |