DE102010003930A1

DE102010003930A1 - Presence sensor for detecting persons or animals in surroundings of object, has focusing element for electromagnetic radiation and thermopile provided as detector for electromagnetic radiation

Info

Publication number: DE102010003930A1
Application number: DE201010003930
Authority: DE
Inventors: Roland Trautmann
Original assignee: DELTRON ELEKTRONISCHE SYSTEME GmbH
Current assignee: DELTRON ELEKTRONISCHE SYSTEME GmbH
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2011-12-15

Abstract

The presence sensor (12) has a focusing element for electromagnetic radiation (8) and a thermopile (3) provided as a detector for the electromagnetic radiation. The focusing element is provided as an astigmatic element (2) for focusing the electromagnetic radiation on the thermopile. The electromagnetic radiation is emitted from a line (1). Independent claims are also included for the following: (1) a door drive provided with a drive motor; (2) a door assembly, which has a presence sensor, in which a linear region or line is provided; and (3) a method for detecting persons or animals in surroundings of an object.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anwesenheitssensor zur Erfassung von Personen oder Tieren in der Umgebung eines Objekts.The present invention relates to a presence sensor for detecting persons or animals in the environment of an object.

Eine große Verbreitung haben mittlerweile sogenannte Bewegungsmelder gefunden, die Bewegungen in der näheren Umgebung des Sensors erkennen und infolgedessen einen elektrischen Schaltbefehl auslösen. Solche Bewegungssensoren werden primär zum Einschalten von Beleuchtungen oder zum Auslösen eines Alarms benutzt Die meisten Bewegungsmelder basieren auf sogenannten PIR-Sensoren (engt: Passive Infrared), die als pyroelektrische Elemente Temperaturänderungen auf ihrer Oberfläche erfassen und dadurch die Bewegung von Menschen, Tieren, Kraftfahrzeugen, und anderen sich gegenüber der Temperatur der Umgebung abhebenden Objekten feststellen. Dabei ist vor dem eigentlichen Sensor zumeist eine Fläche mit kleinen Linsen angeordnet, welche die aus verschiedenen Richtungen kommende Infrarotstrahlung auf den Sensor bündelt. Die Strahlung aus den dazwischen liegenden Richtungen erreicht den Sensor nicht, so dass sich ein Erfassungsbereich um den Bewegungsmelder herum ergibt, der in einzelne strahlenförmige Segmente eingeteilt ist.In the meantime, so-called motion detectors have been widely used, which detect movements in the vicinity of the sensor and consequently trigger an electrical switching command. Such motion sensors are primarily used to turn on lights or to trigger an alarm Most motion detectors are based on Passive Infrared (PIR) sensors, which detect, as pyroelectric elements, temperature changes on their surface, thereby affecting the movement of people, animals, motor vehicles, and other objects that contrast with the temperature of the environment. In this case, an area with small lenses is usually arranged in front of the actual sensor, which bundles the infrared radiation coming from different directions onto the sensor. The radiation from the intermediate directions does not reach the sensor, resulting in a detection area around the motion detector, which is divided into individual radial segments.

In bekannten Bewegungsmeldern mit PIR-Sensoren ist in der Regel eine Mehrzahl von Detektorelementen nebeneinander angeordnet, wobei jedes Linsenelement einen bestimmten Raumwinkel auf eines der Detektorelemente abbildet. Durch die Anordnung mehrerer Detektorelemente nebeneinander mit entsprechender Abbildungsoptik lässt sich so ein großer Raumwinkel überwachen. Erst die Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Detektorelementen ermöglicht eine Bewegungserfassung. Da die Detektoren differentiell betrieben werden führt erst eine Bewegung des zu erfassenden Objekts, d. h. eine Zustandsänderung, überhaupt zu einem Signal.In known motion detectors with PIR sensors, a plurality of detector elements is usually arranged next to one another, wherein each lens element images a specific solid angle on one of the detector elements. The arrangement of several detector elements next to each other with appropriate imaging optics can thus monitor a large solid angle. Only the plurality of juxtaposed detector elements allows a movement detection. Since the detectors are operated differentially first a movement of the object to be detected, d. H. a change of state, in general to a signal.

Als nachteilig erweisen sich solche Bewegungssensoren immer dann, wenn die zu erfassenden Personen, Tiere oder Objekte sich während der Überwachung nicht bewegen. Dies bedeutet, dass beispielsweise Personen vor dem Einschalten des Bewegungsmelders in den überwachten Bereich laufen können, ohne dass sie nach dem Einschalten des Bewegungsmelders dann noch von diesem erfasst werden könnten.Such motion sensors prove to be disadvantageous whenever the persons, animals or objects to be detected do not move during the monitoring. This means that, for example, persons can run into the monitored area before the motion detector is switched on, without them then still being able to be detected by the motion detector after the motion detector has been switched on.

Dem gegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Anwesenheitssensor bereitzustellen, der Personen, Tiere und Objekte, deren Temperatur sich von der Umgebungstemperatur unterscheidet, erfassen kann, auch wenn diese sich nicht bewegen.On the other hand, the object of the present invention is to provide a presence sensor which can detect persons, animals and objects whose temperature differs from the ambient temperature, even if they do not move.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Anwesenheitssensor zur Erfassung von Personen oder Tieren in der Umgebung eines Objekts gelöst mit mindestens einem fokussierenden Element für elektromagnetische Strahlung und mindestens einer Thermosäule als Detektor für elektromagnetische Strahlung, wobei das fokussierende Element ein astigmatisches Element ist, das so eingerichtet ist, dass es die von einer Linie ausgehende Strahlung auf die Thermosäule fokussiert.According to the invention, this object is achieved by a presence sensor for detecting persons or animals in the vicinity of an object with at least one focusing element for electromagnetic radiation and at least one thermopile as a detector for electromagnetic radiation, wherein the focusing element is an astigmatic element which is set up in that it focuses the radiation emanating from a line onto the thermopile.

Unter einer Thermosäule im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird eine Anordnung aus einer Mehrzahl von Thermoelementen verstanden, welche die auftreffende elektromagnetische Strahlung thermisch erfassen. Jedes einzelne Thermoelement wird von zwei unterschiedlichen und an einem Ende miteinander verbundenen Metallen oder auch unterschiedlich dotierten Halbleitermaterialien (Thermoelemente, die auf Halbleitermaterialien basieren, werden häufig auch als thermoelektrische Generatoren bezeichnet) gebildet. Weisen die freien Enden eines solchen Thermoelements und der Verbindungsstelle der beiden Metalle oder Halbleiter eine unterschiedliche Temperatur auf, so wird entlang dem Leiter aufgrund des Seebeck-Effekts eine elektrische Spannung erzeugt.A thermopile in the sense of the present application is understood to mean an arrangement of a plurality of thermoelements which thermally detect the impinging electromagnetic radiation. Each individual thermocouple is formed by two different metals joined together at one end or also differently doped semiconductor materials (thermocouples based on semiconductor materials, often referred to as thermoelectric generators). If the free ends of such a thermocouple and the junction of the two metals or semiconductors have a different temperature, an electrical voltage is generated along the conductor due to the Seebeck effect.

Eine Thermosäule weist eine alternierende Anordnung von zwei unterschiedlichen Metallen bzw. unterschiedlich dotierten Halbleitermaterialien, die miteinander verbunden sind, auf. Dabei liegen jeweils zwei aufeinanderfolgende Verbindungsstellen zwischen dem ersten und dem zweiten Material auf voneinander verschiedenen Temperaturen.A thermopile has an alternating arrangement of two different metals or differently doped semiconductor materials which are connected to one another. In each case two successive connecting points between the first and the second material are at mutually different temperatures.

In einer Ausführungsform sind die Kontaktstellen mit der ersten Temperatur geschwärzt und so angeordnet, dass die zu erfassende elektromagnetische Strahlung auf diese Kontaktstellen auftrifft, nicht aber auf die Kontaktstellen bei der zweiten Temperatur. Dazu sind in einer Ausführungsform die Kontaktstellen bei der zweiten Temperatur so angeordnet, dass sie von der zu erfassenden elektromagnetischen Strahlung nicht erreicht werden. Vorzugsweise werden die Kontaktstellen bei der zweiten Temperatur darüber hinaus passiv, z. B. durch eine Kühlrippe, oder aktiv, beispielsweise durch eine Peltier-Kühlung, gekühlt.In one embodiment, the contact points are blackened at the first temperature and arranged so that the electromagnetic radiation to be detected impinges on these contact points, but not on the contact points at the second temperature. For this purpose, in one embodiment, the contact points at the second temperature are arranged so that they are not reached by the electromagnetic radiation to be detected. Preferably, the contact points at the second temperature beyond passive, z. B. by a cooling fin, or active, for example by a Peltier cooling cooled.

Unter einem astigmatischen fokussierenden Element im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird ein optisches Element verstanden, das für Strahlen, die in zwei zueinander senkrechten Ebenen verlaufen, voneinander verschiedene Brennweiten aufweist. Ein solches astigmatisches fokussierendes Element ist insbesondere in der Lage, die von einer Linie ausgehende elektromagnetische Strahlung so zu abzubilden, dass die Linie in einer Richtung starker fokussiert wird als in einer zweiten dazu senkrechten Richtung.In the context of the present application, an astigmatic focusing element is understood to be an optical element which has focal lengths which differ from one another for beams which run in two mutually perpendicular planes. In particular, such an astigmatic focusing element is able to image the electromagnetic radiation emanating from a line such that the line is in one direction is focused more strongly than in a second direction perpendicular thereto.

In einer Ausführungsform sind das fokussierende Element und/oder die Thermosäule für die Fokussierung bzw. Erfassung thermischer Strahlung, vorzugsweise in einem Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1 mm und besonders bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von 8 μm bis 10 μm, optimiert.In one embodiment, the focusing element and / or the thermopile are optimized for focusing or detecting thermal radiation, preferably in a wavelength range from 780 nm to 1 mm and particularly preferably in a wavelength range from 8 μm to 10 μm.

Auf diese Weise lasst sich mit dem Anwesenheitsdetektor das für die Anwesenheit eines menschlichen oder tierischen Körpers mit einer Körpertemperatur von etwa 37°C bis 40°C charakteristische Spektrum der elektromagnetischen Strahlung besonders gut erfassen.In this way, it is possible with the presence detector to detect particularly well the spectrum of the electromagnetic radiation which is characteristic of the presence of a human or animal body with a body temperature of about 37 ° C. to 40 ° C.

Der erfindungsgemäße Anwesenheitssensor weist den Vorteil auf, dass er die Anwesenheit von Personen oder Tieren in dem zu überwachenden Bereich nicht nur dann erfasst, wenn diese sich bewegen, sondern in der Lage ist, die erhöhte Temperatur im Erfassungsbereich aufgrund der Körpertemperatur der Personen, Tiere oder warmen Gegenständen auch dann zuverlässig zu erfassen, wenn diese sich nicht bewegen.The presence sensor according to the invention has the advantage that it detects the presence of persons or animals in the area to be monitored not only when they are moving, but is able to detect the elevated temperature in the detection area due to the body temperature of the persons, animals or to reliably detect warm objects even when they are not moving.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist aufgrund der astigmatischen Abbildung durch das fokussierende Element insbesondere dazu geeignet, einen linienförmigen Bereich zu überwachen, wie er beispielsweise im Bereich der Abschlusskanten von Toren vorliegt.Due to the astigmatic imaging by the focussing element, the arrangement according to the invention is particularly suitable for monitoring a linear area, as it exists, for example, in the region of the terminal edges of gates.

In einer Ausführungsform ist das fokussierende Element eine Linse, beispielsweise aus Kunststoff. Insbesondere Linsen im infraroten und ferninfraroten Spektralbereich des Spektrums lassen sich heute in beliebiger Form in Spritzgusstechnik oder auch durch CNC-Bearbeitung aus Kunststoff fertigen.In one embodiment, the focusing element is a lens, for example made of plastic. In particular, lenses in the infrared and far-infrared spectral range of the spectrum can be manufactured today in any form in injection molding or by CNC machining of plastic.

Dabei ist es insbesondere zweckmäßig, wenn die Linse eine konvexe brechende Oberfläche aufweist, wobei die Form der Oberfläche in zwei zueinander senkrechten Schnittebenen von je einer Parabel definiert wird, wobei die beiden Parabeln voneinander verschiedene Krümmungen aufweisen. Auf diese Weise wird ein astigmatischer Paraboloid gebildet. Dieser stellt zum einen eine optimale, von sphärischen Abberationen freie Abbildung bereit. Zum anderen weist der so gebildete Paraboloid in den beiden zueinander senkrechten Schnittebenen zwei voneinander verschiedene Brennweiten auf, so dass eine Linie in einem Abstand von der Linse, der zwischen der ersten und der zweiten Brennweite liegt, im Wesentlichen eine punktförmige Abbildung erzeugt, die die Thermosäule gut ausleuchtet. It is particularly expedient if the lens has a convex refractive surface, wherein the shape of the surface is defined in two mutually perpendicular sectional planes of a respective parabola, wherein the two parabolas have different curvatures from each other. In this way, an astigmatic paraboloid is formed. On the one hand, this provides an optimal image free of spherical aberrations. On the other hand, the paraboloid thus formed in the two mutually perpendicular cutting planes on two different focal lengths, so that a line at a distance from the lens, which lies between the first and the second focal length, generates a substantially point-like image, the thermopile well lit.

In einer alternativen Ausführungsform ist das fokussierende Element eine Fresnel-Linse mit einer ovalen und daher astigmatischen Ringstruktur.In an alternative embodiment, the focusing element is a Fresnel lens with an oval and therefore astigmatic ring structure.

In einer alternativen Ausführungsform ist das fokussierende Element ein Spiegel.In an alternative embodiment, the focusing element is a mirror.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Spiegel eine konkave spiegelnde Oberfläche aufweist, wobei die Form der Oberfläche in zwei zueinander senkrechten Schnittebenen von je einer Parabel definiert wird, wobei die beiden Parabeln voneinander verschiedene Krümmungen aufweisen. Auf diese Weise wird, wie zuvor für die Linse beschrieben, sowohl eine von sphärischen Abberationen freie Abbildung erzielt, als auch die für die Erfindung notwendigen astigmatischen Abbildungseigenschaften bereitgestellt.It is expedient if the mirror has a concave reflecting surface, wherein the shape of the surface is defined in two mutually perpendicular sectional planes of a respective parabola, wherein the two parabolas have mutually different curvatures. In this way, as previously described for the lens, both a spherical aberration-free imaging achieved, and provided for the invention necessary astigmatic imaging properties.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist dabei das fokussierende Element eine Schnittebene auf, in der der Verlauf der spiegelnden oder brechenden Oberfläche durch den Ausdruck in Polarkoordinaten wie folgt definiert ist:

wobei r der Abstand der Oberfläche von einer Geraden durch den Scheitelpunkt der Oberfläche und einen der Brennpunkte ist, wobei φ der Winkel ist und wobei f die Brennweite der Parabel mit der größeren Krümmung, d. h. der kleineren Brennweite, ist. Diese zuvor beschriebene Schnittebene ist senkrecht zu den beiden Schnittebenen mit den Parabeln.In one embodiment of the present invention, the focusing element has a cutting plane in which the course of the specular or refractive surface is defined by the expression in polar coordinates as follows:

where r is the distance of the surface from a straight line through the vertex of the surface and one of the foci, where φ is the angle and f is the focal length of the parabola having the larger curvature, ie the smaller focal length. This cutting plane described above is perpendicular to the two cutting planes with the parabolas.

Zusammenfassend lässt sich die Oberfläche eines solchen Paraboloids wie folgt in einem rechtwinkligen dreidimensionalen Koordinatensystem mit den Achsen x, y und z beschreiben: x = r²/4f, y = r·cosφ, z = r·c·sinφ. Dabei kann r alle Werte zwischen 0 und

annehmen und φ liegt zwischen 0 und 360°.In summary, the surface of such a paraboloid can be described as follows in a rectangular three-dimensional coordinate system with the axes x, y and z: x = r ² / 4f, y = r · cosφ, z = r · c · sinφ. Where r can be any value between 0 and

assume and φ is between 0 and 360 °.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist das fokussierende Element und/oder die Thermosäule an einer Halterung befestigt, wobei die Halterung um eine Drehachse verschwenkbar oder drehbar ist. Auf diese Weise lässt sich der linienförmige Bereich, der von dem fokussierenden Element auf die Thermosäule fokussiert wird, verschwenken und so ein größerer Raumbereich abtasten bzw. erfassen.In one embodiment of the invention, the focusing element and / or the thermopile is attached to a holder, wherein the holder is pivotable about an axis of rotation or rotatable. In this way, the line-shaped area which is focused by the focusing element on the thermopile, pivot and thus scan or detect a larger space area.

Durch die erfindungsgemäße Erfassung eines linienförmigen Bereichs durch den Anwesenheitssensor lässt sich bei Verschwenken der Anordnung aus fokussierendem Element und Thermosäule um eine vertikale Achse insbesondere der Raum eines Gebäudes in seiner vollen Deckenhöhe über einen großen Raumwinkelbereich mit einem einzigen Anwesenheitssensor erfassen. As a result of the inventive detection of a linear area by the presence sensor, the space of a building at its full ceiling height can be detected over a large solid angle range with a single occupancy sensor when the arrangement of focusing element and thermopile is pivoted about a vertical axis.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Halterung, an der das fokussierende Element und/oder die Thermosäule befestigt ist, das bewegbare Element eines elektromagnetischen Schwingsystems. Solche elektromagnetischen Schwingsysteme erlauben Verschwenkbewegungen mit hohen Frequenzen und damit einer hohen Abtastrate für den erfindungsgemäßen Anwesenheitssensor.In one embodiment of the invention, the holder to which the focusing element and / or the thermopile is attached is the movable element of an electromagnetic vibratory system. Such electromagnetic vibration systems allow pivoting movements at high frequencies and thus a high sampling rate for the presence sensor according to the invention.

Der erfindungsgemäße Anwesenheitssensor eignet sich insbesondere zur Erfassung von Personen, beispielsweise für eine Alarmanlage oder ein modernes Steuerungssystem für eine Heizungs- oder Klimaanlage, welche die Klimatisierung eines Raumes so steuert, dass sie von der Anwesenheit von Personen im Raum und deren Anzahl abhängt.The presence sensor according to the invention is particularly suitable for detecting persons, for example for an alarm system or a modern control system for a heating or air conditioning, which controls the air conditioning of a room so that it depends on the presence of people in the room and their number.

Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Sensor jedoch auch für Brandmeldeanlagen, die entweder das Vorhandensein von Rauch oder einer offenen Flamme in einem Raum erfassen, geeignet.In addition, however, the sensor according to the invention is also suitable for fire alarm systems which detect either the presence of smoke or an open flame in a room.

Die zuvor genannte Aufgabe wird auch von einem Torantrieb mit einem Antriebsmotor und einem Anwesenheitssensor, so wie er zuvor diskutiert wurde, gelöst.The above object is also achieved by a door drive with a drive motor and a presence sensor as discussed above.

Bei der Ausrüstung von Toren, insbesondere von Garagentoren, mit Antrieben stellt sich immer wieder die Frage, wie die Sicherheit beim Schließen der Tore gewährleist werden kann, so dass die Abschlusskante des Tores keine Person und kein Tier gefährdet, welche sich im Schließbereich des Tores befindet. Dabei ist die Erfindung gleichermaßen für Schwingtore, Sektionaltore, Rolltore oder Falttore geeignet.When equipping doors, especially garage doors, with drives, the question arises again and again how to ensure the security when closing the gates, so that the closing edge of the door does not endanger any person or animal that is in the closing area of the door , The invention is equally suitable for overhead doors, sectional doors, roller doors or folding doors.

Der erfindungsgemäße Anwesenheitssensor ist dabei insbesondere für solche Torantriebe geeignet, die für bereits bestehende Toranlagen nachgerüstet werden. Bei solchen bereits bestehenden Toranlagen ist es zumeist nicht möglich, die Abschlusskanten mit anderen Sensoren nachzurüsten, die eine Erfassung von Personen oder Tieren im Schließbereich des Tores ermöglichen.The presence sensor according to the invention is particularly suitable for door drives that are retrofitted to existing door systems. In such existing gate systems, it is usually not possible to retrofit the end edges with other sensors that allow detection of people or animals in the closing area of the gate.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist dabei das fokussierende Element derart um eine Drehachse verschwenkbar angeordnet, dass die auf die Thermosäule abgebildete Linie dem Weg einer Abschlusskante eines Tores nachführbar ist.In one embodiment of the invention, the focusing element is arranged such that it can pivot about an axis of rotation such that the line depicted on the thermopile can be tracked along the path of an end edge of a door.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Torantrieb ein an einer Gebäudedecke befestigbarer Schleppantrieb zum Antreiben bereits bestehender Tore, insbesondere Schwingtore oder Sektionaltore, wobei der Anwesenheitssensor in den Antrieb integriert ist Auf diese Weise lässt sich eine Lösung für einen Torantrieb realisieren, der mit einem einzigen Element die sichere Automatisierung von bereits bestehenden Toranlagen ermöglicht.In a particularly preferred embodiment, the door drive is a towed drive fastened to a building ceiling for driving already existing gates, in particular overhead doors or sectional doors, wherein the presence sensor is integrated in the drive. In this way, a solution for a door drive can be realized with a single element enables safe automation of existing door systems.

Darüber hinaus wird die oben genannte Aufgabe auch durch eine Toranordnung mit einem Torantrieb, so wie er zuvor beschrieben wurde, und einem Tor gelöst.In addition, the above object is also achieved by a gate assembly with a gate drive, as previously described, and a goal.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist dabei das Tor eine Abschlusskante auf, die zum Öffnen oder Schließen des Tores über einen definierten Weg geführt ist, wobei das fokussierende Element des Anwesenheitssensors so eingerichtet ist, dass es einen linienförmigen Bereich des Weges der Abschlusskante auf die Thermosäule abbildet.In one embodiment of the invention, the door has an end edge, which is guided over a defined path for opening or closing the door, wherein the focusing element of the presence sensor is set up such that it images a line-shaped region of the path of the end edge onto the thermopile ,

Die oben genannte Aufgabe wird darüber hinaus durch ein Verfahren zur Erfassung von Personen oder Tieren in der Umgebung eines Objekts gelöst, bei dem die von einer Linie ausgehende elektromagnetische Strahlung astigmatisch auf eine Thermosäule fokussiert wird.The above object is further achieved by a method for detecting persons or animals in the environment of an object, in which the electromagnetic radiation emitted by a line is focused astigmatically onto a thermopile.

Der erfindungsgemäße Anwesenheitssensor eignet sich jedoch darüber hinaus auch zur Überwachung von bewegten oder starren Teilen von Maschinen, um beispielsweise Unfälle und Verletzungen in einer Produktionsumgebung zu vermeiden.However, the presence sensor according to the invention is also suitable for monitoring moving or rigid parts of machines, for example in order to avoid accidents and injuries in a production environment.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren deutlich.Further advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description of an embodiment and the associated figures.

1 zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Anwesenheitssensors. 1 shows the schematic structure of a presence sensor according to the invention.

2 zeigt schematisch den Aufbau der Thermosäule aus 1. 2 schematically shows the structure of the thermopile 1 ,

3 zeigt eine analytische Darstellung der Form des astigmatischen Elements des Anwesenheitssensors aus 1. 3 shows an analytical representation of the shape of the astigmatic element of the presence sensor 1 ,

4 zeigt eine erfindungsgemäße Toranordnung mit einem Torantrieb, der den erfindungsgemäßen Anwesenheitssensor umfasst. 4 shows a gate assembly according to the invention with a door drive, which comprises the presence sensor according to the invention.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Anwesenheitssensors für eine Brandmeldeanlage. 5 shows a schematic representation of a presence sensor according to the invention for a fire alarm system.

In 1 ist schematisch ein Anwesenheitssensor zur Erfassung von Personen und Tieren in der Umgebung eines Objekts dargestellt, welcher einen linienförmigen Bereich 1 eines Raumes mit Hilfe eines astigmatischen Elements 2 auf eine Thermosäule 3 abbildet. In 1 schematically a presence sensor for detecting persons and animals in the environment of an object is shown, which is a line-shaped area 1 a room with the help of an astigmatic element 2 on a thermopile 3 maps.

Eine Detailansicht der verwendeten Thermosäule ist in 2 dargestellt. Die Thermosäule 3 besteht in der dargestellten Ausführungsform aus drei Thermoelementen 4a–4c, die jeweils aus zwei metallischen Drähten 5, 6 gefertigt sind. Entscheidend für die Funktion der Anordnung ist, dass die beiden jeweils ein Thermoelement 4a–4c bildenden metallischen Drähte 5, 6 aus unterschiedlichen Metallen und voneinander verschiedenen thermoelektrischen Koeffizienten bestehen. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um Thermoelemente, bei denen das erste Metall 5 eine Eisen-Kupfer-Legierung ist und das zweite Metall 6 Nickel ist.A detailed view of the thermopile used is in 2 shown. The thermopile 3 consists in the illustrated embodiment of three thermocouples 4a - 4c , each made of two metallic wires 5 . 6 are made. Crucial for the function of the arrangement is that the two each have a thermocouple 4a - 4c forming metallic wires 5 . 6 consist of different metals and different thermoelectric coefficients. In the illustrated embodiment are thermocouples, in which the first metal 5 is an iron-copper alloy and the second metal 6 Nickel is.

Um die Effizienz der Thermosäule 3 zu erhöhen, werden lediglich die ersten Kontaktstellen 7 der einzelnen Thermoelemente 4a–4c der einfallenden elektromagnetischen Strahlung 8 ausgesetzt, während die zweiten Verbindungsstellen 9 der Thermoelemente 4a–4c gegenüber der Strahlung 8 abgeschirmt sind und im dargestellten Fall mit Hilfe eines Peltierelements 10 gekühlt werden.To the efficiency of the thermopile 3 increase, only the first contact points 7 the individual thermocouples 4a - 4c the incident electromagnetic radiation 8th exposed while the second connection points 9 the thermocouples 4a - 4c towards the radiation 8th are shielded and in the case shown by means of a Peltier element 10 be cooled.

Eine solche Thermosäule 3 bildet eine zeilenförmige Anordnung, d. h. die für die einfallende Strahlung 8 empfindliche Fläche weist eine deutlich größere Länge als Breite auf. Um diese Eigenschaft nutzen zu können, wird die von einer Linie 1 im Raum ausgehende elektromagnetische Strahlung 8 mit Hilfe eines astigmatischen Elements 2 auf die Thermosäule 3 fokussiert. Bei der Darstellung aus 1 wird angenommen, dass die Thermosäule 3 in der mit dem Pfeil 11 bezeichneten Richtung parallel zur Papieroberfläche eine deutlich größere Ausdehnung aufweist als in der zur Papieroberfläche senkrechten Richtung. Um die von der Linie 1 ausgehende Strahlung zu fokussieren, weist daher der astigmatische Spiegel 2 in einer Richtung senkrecht zur Papieroberfläche eine deutlich größere Krümmung und damit eine kürzere Brennweite auf als in der Richtung parallel zur Papieroberfläche.Such a thermopile 3 forms a line-shaped arrangement, ie that for the incident radiation 8th sensitive surface has a much greater length than width. To be able to use this property, the one of a line 1 in the room emanating electromagnetic radiation 8th with the help of an astigmatic element 2 on the thermopile 3 focused. In the presentation off 1 it is believed that the thermopile 3 in the with the arrow 11 designated direction parallel to the paper surface has a significantly greater extent than in the direction perpendicular to the paper surface direction. To those of the line 1 Focusing outgoing radiation, therefore, has the astigmatic mirror 2 in a direction perpendicular to the paper surface a significantly larger curvature and thus a shorter focal length than in the direction parallel to the paper surface.

3 zeigt eine konkrete Ausgestaltung des astigmatischen Hohlspiegels 2 aus 1. 3 shows a concrete embodiment of the astigmatic concave mirror 2 out 1 ,

Die Oberfläche des konkaven Spiegels lässt sich wie folgt mathematisch in einem rechtwinkligen dreidimensionalen Koordinatensystem mit den Achsen x, y und z beschreiben: x = r²/4f, y = r·cosφ, z = r·c·sinφ. Dabei kann r alle Werte zwischen 0 und

annehmen und φ liegt zwischen 0 und 360°.The surface of the concave mirror can be mathematically described as follows in a rectangular three-dimensional coordinate system with the axes x, y and z: x = r ² / 4f, y = r * cosφ, z = r * c * sinφ. Where r can be any value between 0 and

assume and φ is between 0 and 360 °.

4 zeigt eine bevorzugte Anwendung des Anwesenheitssensors 12 aus 1. Der Anwesenheitssensor 12 ist in den Schleppantrieb 13 eines Sektionaltors 16 integriert. Dabei zieht der Schleppantrieb 13 mit Hilfe einer Zugkette 14 am oberen Ende 15 des Sektionaltors 16. Aufgabe des Anwesenheitssensors 12 ist es nun, die untere Kante 17 des Sektionaltors 16 beim Öffnen und Schließen daraufhin zu überwachen, ob sich im Gefahrenbereich Personen, Tiere oder auch Gegenstände befinden. Dazu ist der Anwesenheitssensor 12 in dem Torantrieb 13 um eine Achse 18 herum verschwenkbar angeordnet. Der Hohlspiegel 2 des Anwesenheitssensors 12 ist dabei so berechnet, dass er die Kante 17 des Sektionaltors 16 auf ihrer ganzen Länge, d. h. in einer Richtung senkrecht zur Papierebene der Darstellung aus 4, vollständig auf die Thermosäule 3 abbildet. Während der Schleppantrieb 13 das Tor 16 nach oben zieht oder herunterlässt, wird der Anwesenheitssensor 12 und damit sowohl der Hohlspiegel 2 als auch die Thermosäule 3 um die Achse 18 verschwenkt, so dass immer eine Linie, welche in etwa der Lage der Kante 17 des Tors 16 entspricht, auf die Thermosäule 3 abgebildet wird. 4 shows a preferred application of the occupancy sensor 12 out 1 , The presence sensor 12 is in the tow drive 13 a sectional door 16 integrated. The tow drive pulls 13 with the help of a pull chain 14 at the upper end 15 of the sectional door 16 , Task of the presence sensor 12 it is now, the lower edge 17 of the sectional door 16 to monitor during opening and closing, whether there are people, animals or even objects in the danger zone. This is the presence sensor 12 in the door drive 13 around an axis 18 pivoted around. The concave mirror 2 of the presence sensor 12 is calculated to be the edge 17 of the sectional door 16 along its entire length, ie in a direction perpendicular to the plane of the paper 4 , completely on the thermopile 3 maps. During the tow drive 13 the gate 16 pulls up or down, becomes the presence sensor 12 and thus both the concave mirror 2 as well as the thermopile 3 around the axis 18 pivoted so that there is always a line, which approximates the position of the edge 17 of the gate 16 corresponds to the thermopile 3 is shown.

5 zeigt schematisch die Anordnung des erfindungsgemäßen Anwesenheitssensors 19 in einem Raum 20, wobei der Raum 20 in einer Grundrissansicht von oben dargestellt ist. Der Anwesenheitssensor 19 ist in der gezeigten Ausführungsform Bestandteil einer Brandmeldeanlage, welche Auskunft darüber gibt, ob in einem Raum ein Brand oder ein möglicher Brandherd vorhanden ist. Dazu ist der Anwesenheitssensor 19 aus Thermosäule mit astigmatischem Spiegel so wie er aus 1 bekannt ist, um eine Drehachse 21 herum verschwenkbar in einer Ecke des Raumes 20 angeordnet. Dabei ist die Drehachse 21 vertikal, d. h. senkrecht zu dem in 5 dargestellten Grundriss des Raumes angeordnet. Durch die Verschwenkbewegung um die Achse 21 erfasst der Anwesenheitssensor einen über den Querschnitt des Raums 20 wandernden, sich linienförmig vom Boden bis zur Decke erstreckenden Bereich des Raumes. 5 shows schematically the arrangement of the presence sensor according to the invention 19 in a room 20 where the space 20 is shown in a plan view from above. The presence sensor 19 is in the embodiment shown part of a fire alarm system, which provides information about whether in a room a fire or a possible source of fire is present. This is the presence sensor 19 thermopile with astigmatic mirror just like him 1 is known about a rotation axis 21 swiveling around in a corner of the room 20 arranged. Here is the axis of rotation 21 vertically, ie perpendicular to the in 5 arranged floor plan of the room arranged. By the pivoting movement about the axis 21 the occupancy sensor detects one over the cross section of the room 20 wandering, linearly extending from floor to ceiling area of the room.

Aufgrund der besonderen Eigenschaften der Anordnung aus dem fokussierenden Element und der Thermosäule ermöglicht es der Anwesenheitssensor 19, sowohl das Vorhandensein von Rauch als auch eines offenen Feuers im Raum zu erfassen. Darüber hinaus kann auch die Anzahl von Personen 22 im Raum erfasst werden. Dies ist eine wertvolle Zusatzinformation für Einsatz- und Rettungskräfte an einer Brandstelle.Due to the special properties of the arrangement of the focusing element and the thermopile allows the presence sensor 19 to capture both the presence of smoke and an open fire in the room. In addition, the number of people can also be 22 to be captured in the room. This is valuable additional information for rescue and rescue teams at a fire site.

Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wunden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit es nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde, oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.For purposes of the original disclosure, it is to be understood that all such features as will become apparent to those skilled in the art from the present specification, drawings, and claims, even if concretely described only in connection with certain further features, both individually and individually any combinations with other of the features or feature groups disclosed herein are combinable, unless it has been expressly excluded, or technical conditions make such combinations impossible or pointless. On the comprehensive, explicit representation of all conceivable combinations of features is omitted here only for the sake of brevity and readability of the description.

Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, such illustration and description is exemplary only and is not intended to limit the scope of the protection as defined by the claims. The invention is not limited to the disclosed embodiments.

Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen” nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel „eine” oder „ein” schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.Variations of the disclosed embodiments will be apparent to those skilled in the art from the drawings, the description and the appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "an" does not exclude a plurality. The mere fact that certain features are claimed in different claims does not exclude their combination. Reference signs in the claims are not intended to limit the scope of protection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: linienförmiger Bereich, Linieline-shaped area, line
22: astigmatisches Elementastigmatic element
33: Thermosäulethermopile
4a–4c4a-4c: Thermoelementthermocouple
5, 65, 6: metallische Drähtemetallic wires
77: Kontaktstellecontact point
88th: elektromagnetische Strahlungelectromagnetic radiation
99: Verbindungsstellejunction
1010: PeltierelementPeltier element
1111: Pfeilarrow
1212: Anwesenheitssensorpresence sensor
1313: Schleppantriebcaterpillar drive
1414: Zugkettepull chain
1515: oberes Ende des SektionaltorsUpper end of the sectional door
1616: Sektionaltorsectional
1717: untere Kante des Sektionaltorslower edge of the sectional door
1818: Achseaxis
1919: Anwesenheitssensorpresence sensor
2020: Raumroom
2121: Drehachseaxis of rotation
2222: Personperson

Claims

Presence sensor ( 12 ) for detecting persons or animals in the vicinity of an object with at least one electromagnetic radiation focusing element ( 8th ) and at least one thermopile ( 3 ) as a detector for the electromagnetic radiation ( 8th ), wherein the focusing element is an astigmatic element ( 2 ), which is arranged to be that of a line ( 1 ) outgoing electromagnetic radiation ( 8th ) on the thermopile ( 3 ) focused.

Presence sensor ( 12 ) according to claim 1, characterized in that the focusing element and / or the thermopile ( 3 ) is optimized for focusing or detecting thermal radiation, preferably in a wavelength range of 780 nm to 1 mm

Presence sensor ( 12 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the focusing element is a mirror with a concave reflecting surface

Presence sensor ( 12 ) according to claim 3, characterized in that the shape of the reflecting surface is defined in two mutually perpendicular sectional planes of a respective parabola, wherein the two parabolas have mutually different curvatures.

Presence sensor ( 12 ) according to claim 4, characterized in that the focusing element has a vertical to the first two cutting planes third sectional plane in which the course of the specular or refractive surface is defined by the expression in polar coordinates

where r is the distance of the surface from a straight line through the vertex of the surface and one of the foci, where φ is the angle and f is the focal length of the larger curvature parabola

Presence sensor ( 12 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the focusing element ( 2 ) is attached to a holder, wherein the holder about an axis of rotation ( 18 ) is pivotable or rotatable, so that in operation of the presence sensor scans this one to be detected solid angle.

Presence sensor ( 12 ) according to claim 6, characterized in that the focusing element ( 2 ) and the thermopile ( 3 ) are attached to a holder, wherein the holder about an axis of rotation ( 18 ) is pivotable or rotatable, so that scans this one to be detected solid angle during operation of the presence sensor.

Presence sensor according to claim 6 or 7, characterized in that the holder is the movable element of an electromagnetic oscillating system.

Fire detector with a presence sensor according to one of claims 1 to 8.

Alarm system with a presence sensor according to one of claims 1 to 8.

Control system for a heating and / or air conditioning system with a presence sensor according to one of claims 1 to 8.

Door drive ( 13 ) with a drive motor and a presence sensor ( 12 ) according to one of claims 1 to 8.

Door drive ( 13 ) according to claim 8, characterized in that the focusing element ( 2 ) in such a way around a rotation axis ( 18 ) is pivotally arranged that on the thermopile ( 3 ) pictured line ( 1 ) the path of a trailing edge ( 17 ) of a gate ( 16 ) is traceable

Gate arrangement with a door drive ( 13 ) according to one of claims 8 to 10 and a gate ( 16 ), the gate ( 16 ) an end edge ( 17 ) used to open or close the gate ( 16 ) is guided over a defined path, wherein the focusing element ( 2 ) of the presence sensor ( 12 ) is oriented so that it has a linear area ( 1 ) of the path of the trailing edge ( 17 ) on the thermopile ( 3 ) maps

Method for detecting persons or animals in the surroundings of an object by astigmatically focusing one of a line ( 1 ) outgoing electromagnetic radiation ( 8th ) on a thermopile ( 3 ).