CN205246903U - 一种微波探测器及运用该探测器的运动感应器 - Google Patents

Abstract

为实现运动感应器尽可能小以及尽可能不可视化的要求，本实用新型提供了一种微波探测器及运用该探测器的运动感应器，该微波探测器由一个DRO收发器和一个平板天线构成，其中平板天线由通过微带线连接的天线片组成，所述平板天线被设计为：主探测场中心轴线与平板天线的平面垂轴之间具有倾斜角β”以确保主探测场指向自动装置所需探测方向，同时，边缘探测副场中心轴线与平板天线的平面垂轴之间具有倾斜角并且边缘探测副场的张角θ”很小，以确保边缘探测副场垂直或近似垂直于自动装置。本实用新型所述微波探测器在保证正常运作的条件下可以明显降低运动感应器的尺寸，并且可以安装于自动装置的隐藏位置。

Description

一种微波探测器及运用该探测器的运动感应器

技术领域

本实用新型属于感应器、感应装置领域，涉及一种微波探测器及运用该探测器的运动感应器。

背景技术

我们通常把用于探测环境中人或物体的运动的装置称为运动感应器，一般的运动感应器都会运用到微波、红外线或激光技术。其中，微波运动感应器通过传统的雷达原理进行探测和感应，该雷达原理为多普勒效应，即一个振荡器从天线中以一定的频率范围发射出微波辐射线形成探测场，微波辐射线会被探测场中的人或物体反射，反射线沿发射线路径返回天线，之后通过一个混合器对比发射线和反射线的频率变化：如果发射线和反射线的频率不一致则说明探测场环境中存在运动的目标，从而激发感应器产生感应信号。

微波运动感应器从它第一次面向市场至今的50年来经历了数个技术发展阶段：

·使用更高的频率：从70年代使用的X频带的9.450GHz至80年代的K频带(24.125GHz)，这让感应器的厚度尺寸从15cm将至10cm；

·90年代使用平板天线取代了喇叭状天线，使得感应器的厚度尺寸从10cm将至7cm；

·2000年之后使用DRO(介质谐振器振荡器)收发器取代了波导收发器，使得感应器的厚度尺寸进一步由7cm下降至5cm。

然而，即使运用最新的改进技术，感应器的整体厚度均不能小于5cm，这是由于，平板天线发出的辐射线其中心轴线是垂直于平板天线平面的，同时，探测场——被感应的区域，如自动门前方区域——的平均轴线是倾斜的，例如平均轴线与被探测面的垂轴线成30°夹角。为了形成如举例所述的30°夹角，目前为止，主流的做法为机械性倾斜整个DRO收发器组件使其平板天线与被探测面的垂线成60°夹角，因此，感应器需要相应的厚度保证可以装载DRO组件及一个相应的功能角度。

此外，因为需要通过机械调整形成倾斜角，所以需要避免感应器的探测场收到自动装置的运动部件影响，例如运动中的自动门门叶，如果被影响就会导致自动门形成开-关-开的自干扰循环，同时，这种机械调整角度的方式还会增加主探测场与自动门门叶之间的距离，因此需要找到一个折中的解决方法避免在自动门周围产生一个过大的探测盲区。

另外，无论是第一代的大尺寸感应器或现在需要机械调整角度的感应器，它只能安装于自动门门顶框部的前端或是其他可以实现探测感应作用的位置，例如门框顶框下端，由于这种限制，感应器在自动门的顶部会占用非常明显的位置，显得异常突出，从而使用户认为非常不美观。然而，目前的技术尚不能满足用户对于美观的需求，因此运动感应器还需要进一步改进。

用户希望感应器越小越好，其最终的安装位置应当是自动门顶框与自动门门叶之间的夹缝中或是自动门顶框的下沿部分内部，以实现完全的不可视化。

一项最新的发明(专利号为：EP1134836A2)为自动门，特别是滑动门，提供了一种感应器。该感应器通过改变平板天线的设计产生了一个与天线平面成一定倾角的探测场，这种具有倾角的探测场可以通过调整平板天线中各天线片的相角和功率得以实现。从而避免了必须进行机械调整角度而导致的感应器厚度增加，然而，该专利明确指出了该运动感应器存在另外一种不良结果，即由于会感应到不希望被感应的自动门门叶移动而导致自动门出现开-关-开的自感应循环。

为了避免上述问题，EP1134836A2专利的发明人提出了一种解决方案，即使用相互分离的发射天线和接收天线，两组天线特性不同且两组天线的安装位置相距一定距离。

该专利的图8为其最佳实施例之一，发明人阐述该感应器的特征为：发射天线和接收天线位于基板的左右两边呈轴对称。该最佳实施例所述感应器垂直安装在自动门顶框背后。尽管该感应器通过使用可以产生倾角的发射天线使得其厚度变得很薄，但是需要一定的宽度以保证发射天线和接收天线相互分离，在其所展示的图片中，根据该感应器常用的已知频率可以很容易确定它的宽度约为15cm。

综上所述，目前为止，随着技术的进步，用户对于感应器的一部分需求得到了满足，但是，直到现在，即使运用最新的技术，用户的最终愿望——一个可以安装在自动门顶框与自动门门叶之间的夹缝中或是镶嵌于自动门顶框下沿部分内部的小型感应器——还没有实现。

发明内容

本实用新型提供一种微波探测器，其目的在于在保证不会出现自感应现象的基础上尽可能减小探测器的尺寸。

实现本实用新型的技术方案是：一种微波探测器，其特征在于，所述微波探测器由一个DRO收发器和一个平板天线构成，其中平板天线由通过微带线连接的天线片组成，其特征在于，所述平板天线被设计为，所述平板天线被设计为：主探测场中心轴线与平板天线的平板面的垂轴线之间具有倾斜夹角β”以确保主探测场指向自动装置所需的探测方向，同时，与主探测场指向相反的边缘探测副场的中心轴线与平板天线的平板面的垂轴线之间具有倾斜夹角不小于75°，并且边缘探测副场的张角θ”不超过30°，以避免探测到不希望被探测到的自动装置自身的移动，这样，即使探测器距离自动装置很近，探测器也能正常工作。

进一步的，上述设计可以通过改变微带线的线路设计使得信号到达各个不同天线片的相角及分配给每个天线片的功率不同得以实现。

所述DRO收发器为标准DRO收发器，这种标准收发器的优势在于其使用的功率、频率、谐波均处于电信部门允许使用的范围内。

优选的，DRO收发器可以为正方形标准DRO收发器，其边长不超过20.2mm。

所述平板天线的天线片被分为2组，其中一组为发射天线，另一组为接收天线。

进一步的，2组天线片呈轴对称分布。

进一步的，所述微波探测器的厚度不超过20mm。

优选的，微波探测器的厚度可以为6.6mm。

本实用新型还提供一种运动感应器，其目的在于为自动装置，特别是自动门，提供一个可以满足市场对于尺寸和安装位置需要的感应器。

实现本实用新型的技术方案是：一种运动感应器，包括微波探测器和外壳，所述微波探测器由一个DRO收发器和一个平板天线构成，其中平板天线由通过微带线连接的天线片组成，所述平板天线被设计为：主探测场中心轴线与平板天线的平板面的垂轴线之间具有倾斜夹角β”以确保主探测场指向自动装置所需的探测方向，同时，与主探测场指向相反的边缘探测副场的中心轴线与平板天线的平板面的垂轴线之间具有倾斜夹角不小于75°，并且边缘探测副场的张角θ”不超过30°。

进一步的，探测器外壳位于天线前端的部分被设计为附加的天线层。

进一步的，感应器的厚度不超过30mm。

优选的，感应器的厚度可以为15mm。

优选的，所述微波探测器可以在感应器内部倾斜安装，使其与外壳成一定的夹角。

优选的，运用该感应器的自动装置可以是自动门、自动扶梯、人行运输带。

优选的，该运动感应器可以安装于自动装置的隐蔽位置，如：水平安装于自动门顶框下端的外侧或镶嵌于自动门顶框下端。

本实用新型的优点在于：

1.通过平板天线的特殊设计，使它能够以设计好的角度发射探测场，解决了目前技术中必要的天线机械角度调整，克服了感应器尺寸的第一个限制，因此使得感应器的厚度减小。

2.通过平板天线的特殊设计，使它的边缘探测副场垂直于或近似垂直于自动装置，如自动门门叶，解决了感应器两组天线之间必须保持一定间距才能保证正常使用的问题，克服了感应器尺寸的第二个限制，因此使得感应器的宽度减小。

3.本实用新型提供了一种改进DRO电路中的天线的方法及感应器，这种改进可以允许收发器保持最小的尺寸。因为组件是标准的，所以减小尺寸可以降低成本；并且可以确保产品能够通过电信部门的批准；而且其性能与之前流通的产品相同。

4.调整平板天线设计后的感应器可以发射一个相比传统感应器更大范围的主探测场，减少了探测盲区。

5.为了达到让感应器尽可能的微小、紧凑的目标，根据本实用新型的另一个目的，其天线被设计为：主探测场的探测方向具有一个给定的角度，使得感应器即使水平安装于自动门顶框下端也能在门叶前形成一定的探测领域。

附图说明

图1为自动门运动感应器3D示意图；

图2为传统的安装在自动门顶框前部的感应器侧视图；

图3为传统的安装在自动门顶框底部的感应器侧视图；

图4为安装于自动门顶框底部的微波感应器辐射方向示意图；

图5为边缘探测副场对比图；

图6为门叶运动在边缘探测副场中的运动矢量分解示意图；

图7为本实用新型改进平板天线设计电路图；

图8为图7所示改进平板天线的辐射方向示意图；

图9为图7所示天线安装于自动门顶框下端时的辐射方向示意图；

图10为本实用新型运动感应器立体图；

图11为安装于门框顶框底部外侧的本实用新型运动感应器侧视图；

图12为安装于门框顶框底外部呈倾斜角的本实用新型运动感应器侧视图；

图13为镶嵌于门框顶框底部内部的本实用新型运动感应器侧视图；

图14为安装于门框顶框前部呈倾斜角的本实用新型运动感应器示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以自动门的微波运动感应器为例，微波运动感应器的工作原理如图1所示，其中，感应器1安装于滑动自动门3的顶框2前端，自动门具有门叶3a和3b，感应器可以产生主探测场4，主探测场4背对自动门且位于自动门前方，探测场4于地面的辐射投影范围4a为椭圆形。通常来说，4a的宽度W需要宽于自动门3片门叶3a和3b的宽度之和；4a的深度D取决于自动门从接受感应器发出的指令至完全打开门所需要的时间，通常而言D小于W。

例如，一扇宽度为2m的自动门，4a的宽度W为3m、深度D为1.5米，此时，当感应器1感应到有行人或移动目标5从主探测场4的前边缘4b进入时，就会想自动门3发出指令，激发起打开。深度D是基于行人或移动目标5以普通人行速度——通常为0.7m/s——从主探测场前端边缘4b走向自动门侧4c点时自动门完全打开这一条件计算得到。深度向张角4d对应产生D、宽度向张角4w对应产生W，通常4d小于4w，在本例中，4w＝80°、4d＝34°。

申请人经研究发现，直至今日，即使使用最新型的DRO收发器5配合平板天线6依然不能达到希望得到的小型感应器的尺寸要求的原因在于：平板天线发射的是一个垂直于天线平面的探测场，因此需要将组件(DRO+天线)调整出一定的角度以满足探测场的需求，因此感应器的厚度h至少需要包括DRO组件5配合平板天线6的硬件厚度以及必要的角度空间，这就导致了感应器的厚度不能进一步缩小。另外，目前为止，组件都必须内置于外部保护壳中，这就需要在组件和保护壳内壁之间保持一定的距离，以避免内壁产生的干扰波，这也会导致产品最终厚度尺寸增加，并且不能将感应器镶嵌于顶框2下沿的内部，否则会导致主探测场不能完全展开或距离门叶太远造成过大的探测盲区。

图2所示为一种传统的安装于顶框2前端的感应器的主探测场纵断面示意图。由图可知，传统的感应器由DRO收发器5和平面天线6组成，其探测场的主轴线7垂直于天线平面。为了可以产生一个位于自动门前方且范围合适的主探测场，必须调整由DRO和天线构成的探测组件，使其与地面垂线成α夹角，此时，主轴线7与地面垂线之间成β夹角，以2.2m的标准自动门门高为例，此时α≈60°、β＝90°-α≈30°。尽管探测组件的厚度仅为6.6mm，但是，由于倾角α的存在，感应器的高度却很高，通常感应器的高度不会小于50mm。安装于自动门顶框前端的感应器会显得异常突出，会使用户感到不适，因此，感应器应当越小越不可视化越好，感应器的最佳安装位置应是顶框底部。

图3所示为一种安装于自动滑门顶框底部的微波运动感应器，由于倾角α的存在，感应器的高度依然不能小于50mm，因此，上述例子所述的问题依然存在。此外，这种感应器通常要求自动门顶框d1部分的宽度大于100mm，为了使自动门符合通用标准，d2部分宽度不能太大，一般约为50mm。

虽然EP1134836A2专利提出了解决必须的机械调整角度的方法：通过使用特殊的天线线路设计改进信号到达各个不同天线片的相角及分配给每个天线片不同的功率使得平板天线可以产生一个中心轴线与平板天线平面呈一定夹角的探测场，但是，该感应器会产生自感应，导致自动门出现不能闭合的自感应现象，为了克服自感应现象，该发明必须将天线分离为发射端和接收端并相隔一定的距离，根据该感应器常用的已知频率可以很容易确定它的宽度约为15cm。

为了解决这个问题，理想的解决方法是设计一种没有副探测场的天线，或者降低副探测场的功率等级至一个非常小的值，或者设计一种副探测场指向背对门叶的方向。上述方法涉及到一个更复杂的天线和DRO电路，这在行业中并不适用；此外，复杂的天线和DRO电路很难实现感应器的尺寸尽可能小的预期目标以及尽可能使用标准的DRO组件。

经过在一些场所的实地检测，申请人发现，当副探测场，即本申请所述边缘探测副场垂直或准垂直指向门叶时，门叶的运动将不会被探测到，即使感应器紧挨着门叶。

申请人通过研究发现了产生这一现象的原因：

1.平板天线采用了分离式结构，各组天线由微带线连接天线片而成，其产生的辐射图如图4所示(辐射图以分贝为刻度)，辐射图中探测场的主瓣为主探测场10’，其指向背对门叶方向；辐射图中探测场的侧瓣为边缘探测副场11’，其指向与主探测场10’相反，指向门叶方向。此时，由于边缘探测副场11’的感应，感应器就会错误的感应到移动中的门叶。但是，边缘探测副场11’获取的反射能量强度是与目标进入探测场时的截面积成正比的，如图5所示，感应器位于同一位置时，当边缘探测副场11’产生的探测场垂直于被探测目标表面时，截面积最小。

2.接收天线只能感应到特殊的指向接收天线的运动分量，由于这种特性，如图6所示，在自动门关闭过程中，门叶的运动V可以分解为门叶截面的面心与接收天线连线的矢量分量V′以及垂直于该连线的矢量分量，其中，V′＝Vcosδ，当门叶边缘进入边缘探测副场中时，会将一部分发射能量反射至接收天线，于是感应器的控制电路就会收到移动目标发出的反射波而向感应器发出信号。这种不希望被接收的信号会导致自动门再次开启，最终触发开-关-开的循环。但是，当门叶接近关闭时，δ接近90°，这就意味着能被感应到的指向接收天线的分量近似为0。

上述2个因素——最小截面积和最小的运动感应矢量分量——产生的多普勒信号极为微弱，以至于感应器不能产生感应信号。此外，当门叶进入边缘探测副场时一般处于自动门关闭的末期，门叶的速度会下降至很低，甚至接近于0，这也会导致不能激发感应器发出感应信号。

通过以上研究，申请人发明了一种改进后的微波探测器，由边长为20.2mm的正方形标准DRO收发器和平板天线组成，这种标准收发器的优势在于其使用的功率、频率、谐波均处于电信部门允许使用的范围内。微波探测器的尺寸为25×25×6.6mm，如图7所示：平板天线6”由通过微带线9”连接的天线片8”组成，发射天线片组和接收天线片组关于轴A-A’对称示。图8为图7所示平板天线产生的探测场沿轴A-A’的纵断面示意图，如图所示10”为主探测场，7”为主探测场中心轴线，11”为边缘探测副场，12”为边缘探测副场中心轴线，主探测场中心轴线与平板天线的平面垂轴线之间具有倾斜角β”＝30°以确保主探测场指向自动装置所需探测方向，同时，边缘探测副场位于辐射图-23dB处，其中心轴线与平板天线的平面垂轴线之间具有倾斜角以确保边缘探测副场垂直或近似垂直于自动装置并尽可能减小边缘探测副场的张角θ”，此时，θ”＝20°，该微波探测器可以避免探测到不希望被探测到的自动门门叶的移动，这样，即使探测器安装于门框顶框背后与门叶之间只有很小的间距，探测器也能正常工作。

图9为图7所示微波探测器水平安装于自动门顶框下端时的辐射场图。由图可知，此时其主探测场倾斜指向自动门前方的被探测区域，同时边缘探测副场以近似垂直于自动门门叶的角度指向自动门门叶，此时，该微波探测器不会探测到不希望被探测到的自动门门叶的移动，且具有理想的主探测场。

根据本实用新型的一个实施例，微波探测器的尺寸为25×25×15mm。

根据本实用新型的一个实施例，微波探测器的尺寸为25×25×20mm。

根据本实用新型的一个实施例，主探测场中心轴线与平板天线的平面垂轴之间的倾斜角β”＝30°；边缘探测副场中心轴线与平板天线的平面垂轴之间的倾斜角边缘探测副场张角θ”＝30°。

同时，申请人为自动装置，特别是自动门，提供一个如图10所示的可以满足市场对于尺寸和安装位置需要的感应器。

该运动感应器，包括微波探测器和外壳，所述微波探测器水平安装于感应器内部，其平板天线6”的电路设计如图7所示，探测器产生的主探测场与天线平面成一个给定的夹角，同时边缘探测副场垂直于或近似垂直于门叶平面方向以避免干扰；探测器外壳位于天线前端的部分被设计为附加的天线层。感应器的尺寸为75×50×15mm；该感应器可以运用于自动门、自动扶梯、人行运输带。

根据本实用新型的一个实施例，该感应器的尺寸为75×50×17mm。

根据本实用新型的一个实施例，该感应器的尺寸为75×50×20mm。

根据本实用新型的一个实施例，该感应器的尺寸为75×50×30mm。

该感应器可以安装于自动门、自动扶梯、人行运输带的隐蔽位置，如：水平安装于自动门顶框下端。此时，感应器及探测场的纵断面示意图如图11所示，其中主探测场中心轴线与平板天线的平面垂轴之间的倾斜角β”＝30°；边缘探测副场中心轴线与平板天线的平面垂轴之间的倾斜角探测器不会错误的感应到自动门门叶的移动，且具有较小的理想尺寸，不易被用户观察到。

根据本实用新型的一个实施例，如图12所示，为了扩大探测面积，还可以将微波探测器倾斜安装于感应器内部。此时，主探测场中心轴线与平板天线的平面垂轴之间的倾斜角β”＝30°+γ；边缘探测副场中心轴线与平板天线的平面垂轴之间的倾斜角此时，γ每增加5°感应器的高度会增加约1mm，探测场4于地面的辐射投影范围4a的深度D可以增加30cm。但是，增加倾角也会增加边缘探测副场探测到自动门门叶移动的可能性，因此，γ不易过大，在本实施例中，γ＝5°，该感应器的尺寸为75×50×16mm。

根据本实用新型的一个实施例，将微波探测器倾斜安装于感应器内部的运动感应器，其γ＝5°，该感应器的尺寸为75×50×20mm。

根据本实用新型的一个实施例，将微波探测器倾斜安装于感应器内部的运动感应器，其γ＝10°，该感应器的尺寸为75×50×17mm。

根据本实用新型的一个实施例，将微波探测器倾斜安装于感应器内部的运动感应器，其γ＝10°，该感应器的尺寸为75×50×30mm。

根据本实用新型的一个实施例，微波探测器可以直接镶嵌安装于顶框2的内部，如图13所示，顶框2底部开有凹槽21，微波探测器安装于凹槽21内部，探测器天线外部覆盖有保护层22，保护层22底面与顶框2底部底面近似平行，从而实现了感应器的完全不可视化。

根据本实用新型的一个实施例，感应器可以安装于顶框2的前端，如图14所示，由于微波探测器主探测场中心轴线与平板天线的平面垂轴之间具有倾斜角β”，因此探测器的倾斜角α可以相应减少2β”，因此，相比传统的感应器，本实用新型的感应器高度可以明显降低。

应该注意到并理解，在不脱离本实用新型权利要求所要求的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本实用新型做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

Claims (10)

1.一种微波探测器，其特征在于，所述微波探测器由一个DRO收发器和一个平板天线构成，其中平板天线由通过微带线连接的天线片组成，其特征在于，所述平板天线被设计为：主探测场中心轴线与平板天线的平板面的垂轴线之间具有倾斜夹角β”以确保主探测场指向自动装置所需的探测方向，同时，与主探测场指向相反的边缘探测副场的中心轴线与平板天线的平板面的垂轴线之间具有倾斜夹角不小于75°，并且边缘探测副场的张角θ”不超过30°。

2.根据权利要求1所述微波探测器，其特征在于，所述DRO收发器为标准DRO收发器。

3.根据权利要求1所述微波探测器，其特征在于，所述平板天线的天线片被分为2组，其中一组为发射天线，另一组为接收天线，2组天线片呈轴对称分布。

4.根据权利要求1所述微波探测器，其特征在于，所述微波探测器的尺寸不超过25×25×20mm。

5.根据权利要求1所述微波探测器，其特征在于，边缘探测副场的张角θ”可以为20°。

6.一种运动感应器，包括微波探测器和外壳，所述微波探测器由一个DRO收发器和一个平板天线构成，其中平板天线由通过微带线连接的天线片组成，其特征在于，所述平板天线被设计为：主探测场中心轴线与平板天线的平板面的垂轴线之间具有倾斜夹角β”以确保主探测场指向自动装置所需的探测方向，同时，与主探测场指向相反的边缘探测副场的中心轴线与平板天线的平板面的垂轴线之间具有倾斜夹角不小于75°，并且边缘探测副场的张角θ”不超过30°。

7.根据权利要求6所述运动感应器，其特征在于，所述外壳位于天线前端的部分被设计为附加的天线层。

8.根据权利要求6所述运动感应器，其特征在于，感应器的尺寸不超过75×50×30mm。

9.根据权利要求6所述运动感应器，其特征在于，所述微波探测器可以在感应器内部倾斜安装，使其与外壳之间的夹角不超过10°。

10.根据权利要求6-9任一所述运动感应器，其特征在于，所述自动装置可以是自动门、自动扶梯、人行运输带。