DE19913655A1 - Verstärkerschaltung für einen Infrarotsensor - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine gegenseitige Beeinflussung der Ausgaben passiver Infrarotdetektoren in einer Verstärkerschaltung eines Infrarotsensors zu vermeiden, wobei die Ausgaben durch ein einzelnes System einer Verstärkerschaltung durch zyklisches Schalten von Ausgaben von mehreren passiven Infrarotdetektoren in einem vorgegebenen Zyklus zu verstärken sind. P¶1¶ und P¶2¶ repräsentieren jeweils einen passiven Infrarotdetektor, und Schalter 2¶1¶ und 2¶2¶ können zyklisch umgeschaltet werden. Zwischen einem Operationsverstärker 12 und einem Operationsverstärker 13 sind ebenso viele Reihenschaltungen von Kondensatoren und Schaltern parallel vorgesehen wie es passive Infrarotdetektoren gibt. Die Schalter 20¶1¶ und 20¶2¶ werden synchron mit dem Schalter 2¶1¶ und 2¶2¶ geöffnet und geschlossen. Der Kondensator C¶30¶ wird verwendet, wenn eine Ausgabe vom passiven Infrarotdetektor P¶1¶ verstärkt wird, und ein Kondensator C¶31¶ wird verwendet, wenn eine Ausgabe vom passiven Infrarotdetektor P¶2¶ verstärkt wird. Es ist demgemäß möglich, die wechselseitige Beeinflussung der Ausgaben der passiven Infrarotdetektoren P¶1¶ und P¶2¶ zu vermeiden (Fig. 1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Signalverarbei­ tungsschaltung für einen Infrarotsensor und insbesondere eine Signalverarbeitungsschaltung, die für einen Infrarotsensor geeignet ist, welcher mehrere passive Infrarotdetektoren aufweist.

Der Anmelder hat zuvor in der japanischen Patentanmeldung 7-271175 (offengelegte japanische Patentveröffentlichung 9-115064) eine Signalverarbeitungsschaltung vorgeschlagen, die für einen Infrarotsensor geeignet ist, welcher mehrere passive Infrarotdetektoren aufweist. Sie wird im folgenden kurz beschrieben:

Fig. 2 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Anordnungs­ beispiels, bei dem eine Signalverarbeitungsschaltung, wie sie vom Anmelder in der japanischen Patentanmeldung 7/271175 vorgeschlagen wurde, unter Verwendung von drei passiven Infrarotdetektoren für einen Infrarotsensor verwendet wird. Bei diesem Diagramm repräsentieren Bezugssymbole 1 ₁, 1 ₂ und 1 ₃ jeweils einen passiven Infrarotdetektor, 2 ₁, 2 ₂ und 2 ₃ jeweils einen Schalter und 3 eine Signalverstärkungseinheit und 4 eine Steuereinheit.

Jeder der drei passiven Infrarotdetektoren 1 ₁, 1 ₂ und 1 ₃ weist ein pyroelektrisches Element als ein Infraroterfas­ sungselement und einen Verstärker in der Art eines FETs auf. Als das Infraroterfassungselement kann ein pyroelektrisches Element oder, wie in Fig. 3 dargestellt ist, ein sogenanntes Doppelelement verwendet werden, bei dem zwei pyroelektrische Elemente mit einer positiven und einer negativen Polarität jeweils in Reihe geschaltet sind.

Ein Ende von jedem der Schalter 2 ₁, 2 ₂ und 2 ₃ ist an jeden der passiven Infrarotdetektoren 1 ₁, 1 ₂ bzw. 1 ₃ angeschlossen, und das andere Ende ist an die Signalverstärkungseinheit 3 angeschlossen. Die Schalter 2 ₁, 2 ₂ und 2 ₃ sind tatsächlich unter Verwendung eines Transistors oder dergleichen als elektronische Schalter ausgelegt. In Fig. 2 wird zweckmäßi­ gerweise ein Symbol für den mechanischen Schalter verwendet.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, weist die Signalverstär­ kungseinheit 3 ein Filter 5 und zwei Verstärkungsschaltungen 6 und 7 auf. Das Filter 5 ist als sogenanntes CR-Bandpaßfil­ ter ausgelegt, welches einen Kondensator und einen Widerstand aufweist, und der Wert von C und R ist jeweils so festgelegt, daß er das Durchlassen einer Frequenzkomponente von bei­ spielsweise etwa 0,3 bis 2 Hz ermöglicht, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Der Frequenzbereich ist ein Frequenzbereich von Signalen, die von den passiven Infrarotdetektoren 1 ₁, 1 ₂ und 1 ₃ ausgegeben werden, wenn sich eine Person mit normaler Geschwindigkeit bewegt.

Die Verstärkerschaltungen 6 und 7 weisen normalerweise Operationsverstärker auf. Die Verstärkerschaltungen in zwei Stufen werden verwendet, weil die Ausgangssignale von den passiven Infrarotdetektoren 1 ₁, 1 ₂ und 1 ₃ sehr klein sind und es erforderlich ist, diese Signale in stabiler Weise und mit gutem Signal-Rausch-Verhältnis um etwa das 10000fache zu verstärken.

Die Steuereinheit 4 nimmt das Ausgangssignal der Signal­ verstärkungseinheit 3 auf oder empfängt dieses. Wenn das aufgenommene Signal eine vorgegebene Schwelle übersteigt, wird geurteilt, daß eine Person eingedrungen ist, und es wird ein Alarmsignal ausgegeben, um anzuzeigen, daß es einen Eindringling gibt, und das Öffnen und Schließen der Schalter 2 ₁, 2 ₂ und 2 ₃ wird durch ein Steuersignal gesteuert.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung schaltet die Steuereinheit 4 die Schalter 2 ₁, 2 ₂ und 2 ₃ entsprechend den in den Fig. 6(a), (b) und (c) dargestellten Steuersignalen bei einem vorgegebenen Zyklus zyklisch ein oder aus. In Fig. 6(a) ist ein Steuersignal dargestellt, das dem Schalter 2 ₁ entspricht, in Fig. 6(b) ist ein Steuersignal dargestellt, das dem Schalter 2 ₂ entspricht, und in Fig. 6(c) ist ein Steuersignal dargestellt, das dem Schalter 2 ₃ entspricht. In den Fig. 6(a), (b) und (c) ist die Zeit auf der Abszisse aufgetragen. Wenn das Steuersignal auf einem hohen Pegel liegt, ist der Schalter geschlossen, und das Ausgangssignal des an den Schalter angeschlossenen passiven Infrarotdetektors wird während des Zeitraums, zu dem der Schalter geschlossen ist, über den Schalter in die Signalverstärkungseinheit 3 eingegeben.

Hierbei kann die Zeit t_c, während derer die Schalter 2 ₁, 2 ₂ und 2 ₃ geschlossen sind, etwa 5 bis 10 ms betragen. Wei­ terhin ändert sich der Ein/Aus-Zeitraum t_s natürlich entspre­ chend der Anzahl der anzuschließenden passiven Infrarotdetek­ toren, und er sollte maximal auf etwa 1 s begrenzt sein.

Gemäß dem Arbeitsvorgang werden die Ausgangssignale der passiven Infrarotdetektoren 1 ₁, 1 ₂ und 1 ₃ sequentiell über die Schalter 2 ₁, 2 ₂ und 2 ₃ in die Signalverstärkungseinheit 3 eingegeben, und diese werden bei der Steuereinheit 4 mit dem Schwellenwert verglichen. Wenn das Eingangssignal den Schwel­ lenwert übersteigt, gibt die Steuereinheit 4 ein Alarmsignal aus.

Bei der oben beschriebenen Anordnung werden in der Signalverarbeitungsschaltung des Infrarotsensors Ausgaben von mehreren passiven Infrarotdetektoren zyklisch umgeschaltet und durch ein einzelnes System der Verstärkerschaltung ver­ stärkt. Selbst wenn die Anzahl der passiven Infrarotdetekto­ ren 1 ansteigt, besteht daher keine Notwendigkeit, die Signalverstärkungseinheit 3 zu vergrößern, und es sollte nur der Schalter 2 vergrößert werden. Hierdurch wird es ermög­ licht, den Umfang der Schaltung zu minimieren.

Bei der Signalverarbeitungsschaltung des Infrarotsensors wird das Ausgangssignal jedes passiven Infrarotdetektors regelmäßig abgetastet. Selbst wenn ein externes Rauschen eingestreut sein sollte, ist es sehr unwahrscheinlich, daß das externe Rauschen abgetastet und in die Signalverstär­ kungseinheit 3 eingegeben wird. Demgemäß können nachteilige Wirkungen des externen Rauschens vernachlässigt werden, wodurch die Rauschunempfindlichkeit verbessert wird.

Vorhergehend wurde eine Signalverarbeitungsschaltung eines Infrarotsensors beschrieben, die in der vom Anmelder eingereichten japanischen Patentanmeldung 7-271175 vorge­ schlagen ist. Der Anmelder hat weiterhin in der japanischen Patentanmeldung 8-237589 (offengelegte japanische Patent­ veröffentlichung 10-83488) eine Verstärkerschaltung zum Verstärken des Ausgangssignals von passiven Infrarotdetekto­ ren von Infrarotsensoren vorgeschlagen. Sie wird im folgenden kurz beschrieben:

Fig. 7 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Anordnungs­ beispiels einer in der oben angegebenen japanischen Patent­ anmeldung 8-237589 vorgeschlagenen Verstärkerschaltung. In der Figur repräsentiert ein Bezugssymbol P einen passiven Infrarotdetektor, 10 ein pyroelektrisches Element, das als ein Infraroterfassungselement dient, 11 einen FET und 12, 13 sowie 14 jeweils einen Operationsverstärker mit einer einsei­ tigen Spannungsquelle.

Das pyroelektrische Element 10 ist typischerweise das sogenannte Doppelelement, wenngleich es auch auf andere Weise ausgelegt sein kann. Das Ausgangssignal des pyroelektrischen Elements 10 wird durch den FET 11 verstärkt und an beide Enden eines Lastwiderstand R₁ ausgegeben. An dieses Ausgangs­ signal ist über den Lastwiderstand R₁ eine Vorspannung V_B1 angelegt. Die Vorspannung V_B1 beträgt normalerweise etwa 0,6 bis 1,2 V.

Ein Operationsverstärker 14 und Widerstände R₁₅ und R₁₆ bilden eine Vorspannungs-Erzeugungsschaltung. Die durch die Vorspannungs-Erzeugungsschaltung erzeugte Vorspannung V_B0 ist auf eine zentrale Spannung innerhalb des Bereichs der Aus­ gangsspannung der Operationsverstärker 12 und 13 gelegt. Das Ausgangssignal des FETs 11 wird über das durch einen Kondensator C₁₁ und einen Widerstand R₁₁ gebildete Hochpaßfil­ ter an einen nicht invertierenden Eingangsanschluß des Opera­ tionsverstärkers 12, der als ein Erststufenverstärker dient, angelegt. Dieses durch den Kondensator C₁₁ und den Widerstand R₁₁ gebildete Hochpaßfilter bestimmt eine Grenzfrequenz f_CL auf der niederfrequenten Seite der Bandkennlinie, und die Grenzfrequenz f_CL auf der niederfrequenten Seite ist durch eine Zeitkonstante R₁₁ × C₁₁ bestimmt. Daher wird die Gleich­ spannungskomponente des Ausgangssignals des FETs 11 durch den Kondensator C₁₁ abgeschnitten. An das andere Ende des Wider­ stands R₁₁ ist eine Vorspannung V_B0 von der Vorspannungs- Erzeugungsschaltung angelegt. Daher wird das an den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 12, der als der Erststufenverstärker dient, angelegte Signal um die Vorspannung V_B0 herum verstärkt.

Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 12 ist durch R₁₂/R₁₇, bestimmt. Der Widerstand R₁₂ und der Kondensator C₁₂ bilden ein Filter zum Bestimmen der hochfrequenten Grenz­ frequenz f_CH der Bandkennlinie, und die hochfrequente Grenz­ frequenz f_CH ist durch eine Zeitkonstante R₁₂ × C₁₂ bestimmt.

Bei der oben beschriebenen Anordnung wird im Erststufen­ verstärker des Operationsverstärkers 12 eine Verstärkung mit einem Faktor R₁₂/R₁₇ ausgeführt, wobei die Vorspannung V_B0 die zentrale Spannung ist, und die Bandkennlinie ist auf f_CL-f_CH begrenzt.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 12 wir über das durch den Kondensator C₁₃ und den Widerstand R₁₃ gebildete Hochpaßfilter an den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 13, der als ein Zweitstufenverstär­ ker dient, angelegt. Das durch den Kondensator C₁₃ und den Widerstand R₁₃ gebildete Hochpaßfilter bestimmt eine nieder­ frequente Grenzfrequenz der Bandkennlinie, und die niederfre­ quente Grenzfrequenz ist durch eine Zeitkonstante R₁₃ × C₁₃ bestimmt. Hierbei ist R₁₁ × C₁₁ = R₁₃ × C₁₃.

Daher wird die Gleichspannungskomponente des Ausgangs­ signals des Operationsverstärkers 12 durch den Kondensator C₁₃ abgetrennt. An das andere Ende des Widerstands R₁₃ ist die Vorspannung V_B0 von der Vorspannungs-Erzeugungsschaltung angelegt, und das an den nicht invertierenden Eingangs­ anschluß des als Zweitstufenverstärker dienenden Operations­ verstärkers anzulegende Signal wird mit der Vorspannung V_B0 als zentrale Spannung verstärkt. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 13 ist durch R₁₄/R₁₈ bestimmt. Der Widerstand R₁₄und C₁₄ bilden ein Filter zum Bestimmen der hochfrequenten Grenzfrequenz der Bandkennlinie, und die hochfrequente Grenzfrequenz ist durch eine Zeitkonstante R₁₄ × C₁₄ bestimmt. Hierbei ist R₁₂ × C₁₂ = R₁₄ × C₁₄.

Bei der oben beschriebenen Anordnung wird im Zweitstufen­ verstärker eine Verstärkung mit einem Faktor R₁₄/R₁₈ ausge­ führt, wobei die Vorspannung V_B0 die zentrale Spannung ist und die Bandkennlinie auf f_CL-f_CH begrenzt ist. Das Aus­ gangssignal V_OUT des Operationsverstärkers 13 kann durch eine A/D-Umsetzung umgesetzt werden oder unverändert in einen Vergleicher eingegeben werden, und es wird zur Verarbeitung der Erfassung von Eindringlingen verwendet.

Wie oben beschrieben wurde, beruht die in Fig. 7 darge­ stellte Verstärkerschaltung auf einer Schaltung, die ein Hochfrequenz-Durchlaßfilter zum Bestimmen der niederfrequen­ ten Grenzfrequenz der Bandkennlinie sowie einen Verstärker mit einer Tiefpaßfilter-Funktion zum Verstärken des Ausgangs­ signals des Hochpaßfilters und zum Bestimmen der hochfrequen­ ten Grenzfrequenz der Bandkennlinie aufweist. Diese Schaltun­ gen sind in zwei Stufen in Reihe geschaltet, und eine vorge­ gebene Vorspannung ist dem Hochpaßfilter jedes Satzes und allen Verstärkern der Vorspannungs-Erzeugungsschaltung gege­ ben.

Es ist daher durch Setzen der niederfrequenten Grenzfre­ quenz der Bandkennlinie auf etwa 0,3 Hz und der hochfrequen­ ten Grenzfrequenz der Bandkennlinie auf etwa 2 Hz möglich, eine Verstärkerschaltung zu bilden, die die in Fig. 5 darge­ stellte Bandkennlinie aufweist.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Anordnung können die folgenden Wirkungen erreicht werden:

Dies trägt erstens zu einem kompakten Aufbau eines Infra­ rotsensors bei. Es war in der Vergangenheit insbesondere erforderlich, einen Elektrolytkondensator mit hoher Kapazität als den Kondensator zum Bestimmen der niederfrequenten Grenz­ frequenz auf der niederfrequenten Seite der Bandkennlinie zu verwenden. Dies führt zu einer Schaltung größeren Umfangs und zu einem größeren Infrarotsensor. Wenn die niederfrequente Grenzfrequenz der Bandkennlinie auf den gleichen Wert wie in der Vergangenheit gelegt ist, also auf etwa 0,3 Hz, und wenn R₁₁ bei der in Fig. 7 dargestellten Anordnung etwa 100 kΩ beträgt, beträgt C₁₁ ungefähr 3 µF. Dies ermöglicht es, den Kondensator C₁₁ mit einer kleineren Kapazität auszulegen. Daher kann der Infrarotsensor kompakt ausgelegt sein. Dies gilt auch für den Kondensator C₁₃, der die niederfrequente Grenzfrequenz der Bandkennlinie im Zweitstufenverstärker bestimmt.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Anordnung steht das aus dem Kondensator C₁₁ und dem Widerstand R₁₁ bestehende Hochpaß­ filter in keiner Beziehung zum Verstärkungsfaktor des Opera­ tionsverstärkers 12. Demgemäß können die Kapazität des Kon­ densators C₁₁ und der Betrag des Widerstands R₁₁ ausschließ­ lich unter Berücksichtigung der niederfrequenten Grenzfre­ quenz auf der niederfrequenten Seite der Bandkennlinie bestimmt werden, und es gibt einen Freiheitsgrad beim Fest­ legen dieser Werte. Das gleiche gilt für das HPF, das aus dem Kondensator C₁₃ und dem Widerstand R₁₃ besteht.

Weiterhin kann die Zeit zum Aufwärmen bei der Schaltung aus Fig. 7 kürzer gemacht werden als beim herkömmlichen System. Dies kann folgendermaßen erklärt werden:

Wenn in der Schaltung aus Fig. 7 die Leistung eingeschal­ tet wird, wird die Vorspannung V_B0 von der Vorspannungs- Erzeugungsschaltung an den invertierenden Eingangsanschluß und den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Operations­ verstärkers 12 sowie an den invertierenden Eingangsanschluß und den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Operations­ verstärkers 13 angelegt. Daher können die Operationsverstär­ ker 12 und 13 sofort nach dem Einschalten der Leistung betrieben werden. Der Kondensator ist jedoch unmittelbar nach dem Anlegen der Leistung nicht elektrisch aufgeladen und das Signal wird nicht übertragen. Das heißt, daß bei der in Fig. 7 dargestellten Schaltungskonfiguration die Zeit vom Anlegen der Leistung bis zum elektrischen Aufladen des Kondensators C₁₁ auf einen vorgegebenen Wert als die Aufwärm­ zeit definiert ist.

In der Vergangenheit wurde in der oben beschriebenen Verstärkerschaltung ein Elektrolytkondensator verwendet, und die Zeit vom Anlegen der Leistung bis zum elektrischen Aufla­ den des Elektrolytkondensators C₁₁ war die Aufwärmzeit, und es war einige Zeit erforderlich, bis der Elektrolytkondensator elektrisch aufgeladen war. Bei der in Fig. 7 dargestellten Schaltung fließt der Ladestrom zum Aufladen des Kondensators C₁₁ jedoch über den Widerstand R₁₁ von der Vorspannungs- Erzeugungsschaltung zum Kondensator C₁₁. Wie oben beschrieben wurde, ist die Kapazität des Kondensators C₁₁ gering, und der Betrag des Widerstands R₁₁ liegt höchstens im Bereich von einigen hundert kΩ. Demgemäß ist die Aufwärmzeit kürzer. Wenn eine in Fig. 7 durch A dargestellte, durch eine strichpunktierte Linie markierte Verstärkerschaltung bei der Anordnung aus Fig. 2 als die Signalverstärkungseinheit 3 verwendet wird, ist es, wie oben beschrieben wurde, möglich, eine Verstärkerschaltung für einen Infrarotsensor zu erzie­ len, die einen geringeren Schaltungsumfang, eine höhere Rauschunempfindlichkeit und ein besseres Signal-Rausch-Ver­ hältnis sowie eine kürzere Aufwärmzeit aufweist. Ein Beispiel der Anordnung für diesen Fall ist in Fig. 8 dargestellt. In Fig. 8 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem die in Fig. 7 durch A dargestellte Verstärkerschaltung auf den Fall von zwei passiven Infrarotdetektoren P₁ und P₂ angewendet ist. Jeder der Infrarotdetektoren P₁ und P₂ hat die in Fig. 7 durch P dargestellte Anordnung. Jeder der Kondensatoren C₂₀ und C₂₁ entspricht dem Kondensator C₁₁ in Fig. 7. In Fig. 8 ist das gleiche Bauteil wie in Fig. 7 mit dem gleichen Symbol bezeichnet.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Anordnung werden die Schalter 2 ₁ und 2 ₂ bei einem vorgegebenen Zyklus abwechselnd durch eine Steuereinheit 4 (nicht dargestellt) ein- und ausgeschaltet. Wenn der Schalter 2 ₁ eingeschaltet und geschlossen wird, bilden der Kondensator C₂₀ und der Wider­ stand R₁₁ ein Hochpaßfilter, das die niederfrequente Grenz­ frequenz f_CL der Bandkennlinie bestimmt. Wenn der Schalter 2 ₂ eingeschaltet und geschlossen wird, bilden der Kondensator C₂₂ und der Widerstand R₁₁ das Hochpaßfilter, das die nieder­ frequente Grenzfrequenz f_CL der Bandkennlinie bestimmt. Im Normalfall gilt daher C₂₀ = C₂₁. Der andere Betrieb gleicht dem in Zusammenhang mit Fig. 7 erklärten.

In Fig. 8 wird eine bestimmte Spannung vom passiven Infrarotdetektor P₁ ausgegeben und durch die Verstärkerschal­ tung A verstärkt und in die Steuereinheit 4 eingegeben, wenn angenommen wird, daß der Schalter 2 ₁ durch ein Steuersignal von der Steuereinheit 4 geschlossen ist und daß der Schalter 2 ₂ geöffnet ist und daß sich eine Person im Gesichtsfeld des passiven Infrarotdetektors P₁ bewegt. In diesem Fall wird der Kondensator C₁₃ mit elektrischer Ladung, die der Ausgangs­ spannung des Operationsverstärkers 12 entspricht, aufgeladen.

Unter dieser Bedingung wird der Schalter 2 ₁ dann durch ein Steuersignal von der Steuereinheit 4 geöffnet, und der Schalter 2 ₂ wird geschlossen. In diesem Fall wird die elek­ trische Ladung im Kondensator C₁₃ nicht vollständig entladen, und es wird bestätigt, daß ein gewisses Maß an elektrischer Ladung verbleibt. Folglich wird dann, wenn der Schalter 2 ₂ geschlossen wird und elektrische Ladung im Kondensator C₁₃ verbleibt, wenn der Schalter 2 ₁ geschlossen wird, selbst dann die der im Kondensator C₁₃ verbleibenden elektrischen Ladung entsprechende Spannung durch den Operationsverstärker 13 verstärkt, wenn sich keine Person im Gesichtsfeld des passi­ ven Infrarotdetektors P₂ bewegt. Daher übersteigt die Aus­ gangsspannung V_OUT den in der Steuereinheit 4 festgelegten Schwellenwert, und es kann ein Alarmsignal ausgegeben werden. Es wird in diesem Fall selbst dann, wenn sich keine Person im Gesichtsfeld des passiven Infrarotdetektors P₂ bewegt, geur­ teilt, daß sich eine Person, d. h. ein Eindringling, bewegt.

Diese Erscheinung tritt auch dann auf, wenn sich eine Person im Gesichtsfeld des passiven Infrarotdetektors P₂ bewegt, wenn der Schalter 2 ₁ geöffnet und der Schalter 2 ₂ geschlossen ist und wenn dann der Schalter 2 ₁ geschlossen und der Schalter 2 ₂ geöffnet werden. In diesem Fall wird selbst dann, wenn sich keine Person im Gesichtsfeld des passiven Infrarotdetektors P₁ bewegt, geurteilt, daß es einen Ein­ dringling gibt.

Wie oben beschrieben wurde, übt die Ausgabe des passiven Infrarotdetektors P₁ bei der in Fig. 8 dargestellten Anord­ nung durch die elektrische Ladung im Kondensator C₁₃ einen Einfluß auf die Ausgabe des passiven Infrarotdetektors P₂ aus, oder übt die Ausgabe des passiven Infrarotdetektors P₂ einen Einfluß auf die Ausgabe des passiven Infrarotdetektors P₁ aus. Dies bedeutet, daß die Ausgaben der passiven Infra­ rotdetektoren P₁ und P₂ einander durch die elektrische Ladung im Kondensator C₁₃ beeinflussen.

Es ist natürlich nicht wünschenswert, daß die Ausgaben der passiven Inffrarotdetektoren einander beeinflussen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, zum Lösen der obenerwähnten Probleme eine Verstärkerschaltung eines Infrarotsensors bereitzustellen, die verwendet wird, um die Ausgaben von mehreren passiven Infrarotdetektoren in einem einzelnen System einer Verstärkerschaltung durch zykli­ sches Schalten der Ausgaben bei einem vorgegebenen Zyklus zu verstärken, wobei keine Beeinflussung der Ausgaben zwischen den passiven Infrarotdetektoren auftritt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.

Die Verstärkerschaltung für einen Infrarotsensor gemäß der vorliegenden Erfindung verstärkt die Ausgaben von mehre­ ren passiven Infrarotdetektoren in einem einzelnen System einer Verstärkerschaltung durch zyklisches Schalten, wobei die Verstärkerschaltung eine zweistufige Verstärkerschaltung aufweist, die einen Erststufenverstärker und einen Zweitstu­ fenverstärker aufweist, wobei zwischen dem Erststufenverstär­ ker und dem Zweitstufenverstärker ebenso viele Reihenschal­ tungen, wie es passive Infrarotdetektoren gibt, bereit­ gestellt sind, wobei die Reihenschaltungen parallel angeord­ net sind und Kondensatoren zum Bestimmen der niederfrequenten Grenzfrequenz der Bandkennlinie, Schalter, die synchron mit dem zyklischen Schalten der Ausgaben der passiven Infrarot­ detektoren umzuschalten sind, sowie eine Vorspannungs-Erzeu­ gungsschaltung zum Bereitstellen einer vorgegebenen Vorspan­ nung für den Erststufenverstärker und den Zweitstufenverstär­ ker aufweisen.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, wobei:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform einer Verstärkerschaltung eines passiven Infrarotdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Anord­ nungsbeispiels ist, bei dem eine zuvor vom Anmelder vorge­ schlagene Signalverarbeitungsschaltung für einen Infrarotsen­ sor verwendet wird, bei dem drei passive Infrarotdetektoren verwendet werden,

Fig. 3 eine Darstellung eines Doppel-Infrarotsensor­ elements ist,

Fig. 4 eine Darstellung eines Anordnungsbeispiels einer Signalverstärkungseinheit 3 in Fig. 2 ist,

Fig. 5 ein Diagramm eines Beispiels einer Frequenzkennli­ nie eines Filters 5 in Fig. 4 ist,

Fig. 6 eine Darstellung zur Erklärung eines Aspekts der Öffnungs-/Schließsteuerung von Schaltern 2 ₁ bis 2 ₃ in Fig. 2 ist,

Fig. 7 ein Diagramm einer Ausführungsform einer zuvor vom Anmelder vorgeschlagenen Verstärkerschaltung eines Infrarot­ sensors ist, und

Fig. 8 ein Diagramm zur Darstellung eines Anordnungs­ beispiels ist, bei dem die in Fig. 7 durch A dargestellte Verstärkerschaltung auf einen Fall angewendet wird, bei dem zwei passive Infrarotdetektoren P₁ und P₂ verwendet werden.

Fig. 1 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Ausfüh­ rungsform einer Verstärkerschaltung für einen Infrarotsensor gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die Erfindung auf den Fall angewendet wird, bei dem zwei passive Infrarotdetektoren P₁ und P₂ verwendet werden. In Fig. 1 repräsentiert ein Bezugssymbol A' eine Verstärkerschaltung gemäß der vorliegen­ den Erfindung, und es entspricht der Signalverstärkungs­ einheit 3 in Fig. 2. Weiterhin repräsentieren Bezugssymbole 20 ₁ und 20 ₂ jeweils einen Schalter, und C₃₀ und C₃₁ repräsen­ tieren jeweils einen Kondensator. In Fig. 1 ist das gleiche Bauteil wie in Fig. 8 mit dem gleichen Symbol bezeichnet. Eine Ausgabe eines Operationsverstärkers 13 wird wie im Fall von Fig. 2 in eine Steuereinheit 4 eingegeben.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung werden die Schalter 2 ₁ und 2 ₂ mit einem vorgegebenen Zyklus abwechselnd durch die Steuerschaltung 4 (nicht dargestellt) ein- und ausgeschaltet. Wenn der Schalter 2 ₁ eingeschaltet und geschlossen ist, bilden ein Kondensator C₂₀ und ein Wider­ stand R₁₁ ein Hochpaßfilter, das die niederfrequente Grenz­ frequenz f_CL der Bandkennlinie bestimmt. Wenn der Schalter 2 ₂ eingeschaltet und geschlossen ist, bilden ein Kondensator C₂₁ und der Widerstand R₁₁ ein Hochpaßfilter, das die niederfre­ quente Grenzfrequenz f_CL, der Bandkennlinie bestimmt. Im Normalfall gilt daher C₂₀ = C₂₁.

Zwischen einem Ausgangsanschluß eines Operationsverstär­ kers 12 und einem nicht invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 13 sind Reihenschaltungen der Konden­ satoren und der Schalter bereitgestellt. Die Reihenschaltun­ gen der Kondensatoren und der Schalter sind in der Anzahl der Infrarotdetektoren parallel bereitgestellt. In Fig. 1 sind zwei passive Infrarotdetektoren, d. h. P₁ und P₂ bereit­ gestellt. Demgemäß sind zwei Reihenschaltungen, d. h. eine Reihenschaltung aus dem Kondensator C₃₀ und dem Schalter 20 ₁ und eine Reihenschaltung aus dem Kondensator C₃₁ und dem Schalter 20 ₂ parallel angeordnet. Die Schalter 20 ₁ und 20 ₂ passen eineindeutig zu den Schaltern 2 ₁ und 2 ₂, und die zueinander passenden Schalter werden durch die Steuerschal­ tung 4 synchronisiert und geöffnet oder geschlossen. Hierbei ist angenommen, daß der Schalter 20 ₁ zum Schalter 2 ₁ paßt und synchron mit diesem geöffnet oder geschlossen wird, und daß der Schalter 20 ₂ zum Schalter 2 ₂ paßt und synchron mit diesem geöffnet oder geschlossen wird. Daher sind die Schalter 20 ₁ und 2 ₂ mit den Schaltern 2 ₁ bzw. 2 ₂ synchronisiert, und sie werden zyklisch mit einem vorgegebenen Zyklus geöffnet oder geschlossen.

Es ist bei einem Vergleich einer Verstärkerschaltung A' in Fig. 1 mit einer Verstärkerschaltung A in Fig. 7 leicht verständlich, daß jeder der Kondensatoren C₃₀ und C₃₁ dem Kondensator C₁₃ in Fig. 7 entspricht. Wenn der Schalter 20 ₁ daher geschlossen ist, bilden der Kondensator C₃₀ und der Widerstand R₁₃ ein Hochpaßfilter. Durch die Zeitkonstante des Hochpaßfilters, also durch R₁₃ × C₃₀ ist die niederfrequente Grenzfrequenz der Bandkennlinie bestimmt. Wenn der Schalter 20 ₂ geschlossen ist, bilden der Kondensator C₃₁ und der Wider­ stand R₁₃ in ähnlicher Weise ein Hochpaßfilter. Durch die Zeitkonstante des Hochpaßfilters, also durch R₁₃ × C₃₁ ist die niederfrequente Grenzfrequenz der Bandkennlinie bestimmt. Im Normalfall gilt C₃₀ = C₃₁.

Der Arbeitsgang verläuft folgendermaßen:

Wenn der Schalter 2 ₁ durch ein Steuersignal der Steuer­ einheit 4 geschlossen wird, wird der Schalter 20 ₁ auch zur gleichen Zeit geschlossen. Eine Ausgabe des passiven Infra­ rotdetektors P₁ wird über das durch den Kondensator C₂₀ und den Widerstand R₁₃ gebildete Hochpaßfilter an einen nicht invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 12, der als ein Erststufenverstärker dient, angelegt. Das durch den Kondensator C₂₀ und den Widerstand R₁₁ gebildete Hochpaß­ filter dient zum Bestimmen der niederfrequenten Grenzfrequenz f_CL der Bandkennlinie, wie in Zusammenhang mit Fig. 8 erklärt wurde.

Wie oben beschrieben wurde, wird der Gleichspannungs­ anteil der Ausgabe des passiven Infrarotdetektors P₁ durch den Kondensator C₂₀ abgetrennt. An das andere Ende des Wider­ stands R₁₁ ist eine Vorspannung V_B0 von einer Vorspannungs- Erzeugungsschaltung angelegt. Demgemäß wird das an den nicht invertierenden Eingangsanschluß des als Erststufenverstärker dienenden Operationsverstärkers 12 angelegte Signal mit der Vorspannung V_B0 als zentraler Spannung verstärkt.

Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 12 ist durch R₁₂/R₁₇ bestimmt. Weiterhin bilden der Widerstand R₁₂ und der Kondensator C₁₂ ein Filter zum Bestimmen der hochfrequen­ ten Grenzfrequenz f_CH der Bandkennlinie, und die hochfre­ quente Grenzfrequenz f_CH ist durch eine Zeitkonstante R₁₂ × C₁₂ bestimmt.

Wie oben beschrieben wurde, wird im Erststufenverstärker des Operationsverstärkers 12 eine Verstärkung mit einem Faktor R₁₂/R₁₇ ausgeführt, wobei die Vorspannung V_B0 die zen­ trale Spannung ist, und die Bandkennlinie ist auf f_CL-f_CH begrenzt.

Ein Ausgangssignal des Operationsverstärkers 12 wird über das durch den Kondensator C₃₀ und den Widerstand R₁₃ gebildete Hochpaßfilter an den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 13, der als ein Zweitstufenverstär­ ker dient, angelegt. Wie oben beschrieben wurde, bestimmt das durch den Kondensator C₃₀ und den Widerstand R₁₃ gebildete Hochpaßfilter eine niederfrequente Grenzfrequenz f_CL der Bandkennlinie, und die niederfrequente Grenzfrequenz f_CL ist durch eine Zeitkonstante R₁₃ × C_3o bestimmt. Hierbei ist R₁₁ × C₂₀ = R₁₃ × C₃₀.

Demgemäß wird die Gleichspannungskomponente des Ausgangs­ signals des Operationsverstärkers 12 durch den Kondensator C₃₀ abgetrennt. An das andere Ende des Widerstands R₁₃ ist eine Vorspannung V_B0 von einer Vorspannungs-Erzeugungsschal­ tung angelegt, und ein an den nicht invertierenden Eingangs­ anschluß des als Zweitstufenverstärker dienenden Operations­ verstärkers 13 anzulegendes Signal wird mit der Vorspannung V_B0 als zentraler Spannung verstärkt. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 13 ist durch R₁₄/R₁₈ bestimmt.

Weiterhin bestimmen der Widerstand R₁₄ und der Kondensator C₁₄ die hochfrequente Grenzfrequenz f_CH der Bandkennlinie, und die hochfrequente Grenzfrequenz f_CH ist durch eine Zeitkon­ stante R₁₄ x C₁₄ bestimmt. Hierbei ist R₁₂ × C₁₂ = R₁₄ × C₁₄.

Dementsprechend wird beim Zweitstufenverstärker eine Verstärkung mit einem Faktor R₁₄/R₁₈ ausgeführt, wobei die Vorspannung V_B0 die zentrale Spannung ist, und die Bandkenn­ linie ist auf f_CL-f_CH begrenzt. Ein Ausgangssignal V_OUT des Operationsverstärkers 13 wird in die Steuereinheit 4 eingege­ ben.

Es ist daher durch Setzen der niederfrequenten Grenzfre­ quenz der Bandkennlinie auf etwa 0,3 Hz und der hochfrequen­ ten Grenzfrequenz der Bandkennlinie auf etwa 2 Hz möglich, eine Verstärkerschaltung zu bilden, die die in Fig. 5 darge­ stellte Bandkennlinie aufweist.

Wenn der Schalter 2 ₂ als nächstes durch ein Steuersignal von der Steuereinheit 4 geschlossen wird, wird der Schalter 20 ₂ auch gleichzeitig geschlossen. Eine Ausgabe vom passiven Infrarotdetektor P₂ wird an den nicht invertierenden Ein­ gangsanschluß des als Erststufenverstärker dienenden Operati­ onsverstärkers 12 über das aus dem Kondensator C₂₁ und dem Widerstand R₁₁ gebildete Hochpaßfilter angelegt. Wie in Zusammenhang mit Fig. 8 erklärt wurde, bestimmt das aus dem Kondensator C₂₁ und dem Widerstand R₁₁ gebildete Hochpaßfilter die niederfrequente Grenzfrequenz f_CL der Bandkennlinie.

Dementsprechend wird die Gleichspannungskomponente der Ausgabe des passiven Infrarotdetektors P₂ durch den Kondensa­ tor C₂₁ abgetrennt. An das andere Ende des Widerstands R₁₁ ist eine Vorspannung V_B0 von einer Vorspannungs-Erzeugungsschal­ tung angelegt, und das an den nicht invertierenden Eingangs­ anschluß des als Erststufenverstärker dienenden Operations­ verstärkers 12 anzulegende Signal wird mit der Vorspannung V_B0 als der zentralen Spannung verstärkt. Wie oben beschrie­ ben wurde, wird im Erststufenverstärker des Operationsver­ stärkers 12 daher eine Verstärkung mit einem Faktor R₁₂/R₁₇, mit der Vorspannung V_B0 als der zentralen Spannung ausge­ führt, und die Bandkennlinie ist auf f_CL-f_CH, begrenzt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 12 wird an den nicht invertierenden Eingangsanschluß des als Zweitstu­ fenverstärker dienenden Operationsverstärkers 13 über das aus dem Kondensator C₃₁ und dem Widerstand R₁₃ gebildete Hochpaß­ filter angelegt. Wie oben beschrieben wurde, bestimmt das aus dem Kondensator C₃₁ und dem Widerstand R₁₃ gebildete Hochpaß­ filter die niederfrequente Grenzfrequenz f_CL der Bandkenn­ linie, und die niederfrequente Grenzfrequenz f_CL, ist durch eine Zeitkonstante R₁₃ × C₃₁ bestimmt. Hierbei ist R₁₁ × C₂₁ = R₁₃ × C₃₁.

Demgemäß wird die Gleichspannungskomponente des Ausgangs­ signals des Operationsverstärkers 12 durch den Kondensator C₃₁ abgetrennt. An das andere Ende des Widerstands R₁₃ ist eine Vorspannung V_B0 von einer Vorspannungs-Erzeugungsschal­ tung angelegt, und ein an den nicht invertierenden Eingangs­ anschluß des als Zweitstufenverstärker dienenden Operations­ verstärkers angelegtes Signal wird mit der Vorspannung V_B0 als der zentralen Spannung verstärkt. Daher wird das Signal im Zweitstufenverstärker mit einem Faktor R₁₄/R₁₈ mit der Vorspannung V_B0 als der zentralen Spannung verstärkt, und die Bandkennlinie ist auf f_CL-f_CH begrenzt. Das Ausgangssignal V_OUT des Operationsverstärkers 13 wird in die Steuereinheit 4 eingegeben.

Es ist daher durch Setzen der niederfrequenten Grenzfre­ quenz der Bandkennlinie auf etwa 0,3 Hz und der hochfrequen­ ten Grenzfrequenz der Bandkennlinie auf etwa 2 Hz möglich, eine Verstärkerschaltung zu bilden, die die in Fig. 5 darge­ stellte Bandkennlinie aufweist.

Wie oben beschrieben wurde, werden bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der Kondensator C₃₀ verwendet und der Kondensator C₃₁ nicht verwendet, wenn eine Ausgabe vom passiven Infrarotdetektor P₁ verstärkt wird. Selbst wenn der Kondensator C₃₁ daher mit einer gewissen elektrischen Ladung geladen ist, wenn die Schalter 2 ₁ und 20 ₁ geschlossen sind, wird keine Wirkung ausgeübt, wenn die Ausgabe des passiven Infrarotdetektors P₁ durch die elektrische Ladung im Kondensator C₃₁ verstärkt wird. Wenn die Ausgabe des passiven Infrarotdetektors P₂ dagegen verstärkt wird, wird der Kondensator C₃₁ verwendet und der Kondensator C₃₀ nicht verwendet. Selbst wenn der Kondensator C₃₀ daher mit einer gewissen elektrischen Ladung geladen ist, wenn die Schalter 2 ₂ und 20 ₂ geschlossen sind, übt die elektrische Ladung im Kondensator C₃₀ keine Wirkung aus, wenn die Ausgabe vom passiven Infrarotdetektor P₂ verstärkt wird. Hierdurch wird es ermöglicht, die Situation zu vermeiden, bei der die Ausgaben der in der in Fig. 8 dargestellten Anordnung bereitgestellten passiven Infrarotdetektoren P₁ und P₂ einander beeinflussen.

Vorhergehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei es sich erübrigt, zu bemerken, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausfüh­ rungsform beschränkt ist, und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise werden bei der obigen Ausführungsform zwei passive Infrarotdetektoren verwendet, wenngleich auch drei oder mehr passive Infrarotdetektoren verwendet werden können.

Claims (1)

1. Verstärkerschaltung für einen Infrarotsensor zum Verstärken von Ausgaben von mehreren passiven Infrarotdetek­ toren in einem einzelnen System einer Verstärkerschaltung durch zyklisches Schalten, wobei die Verstärkerschaltung eine zweistufige Verstärkerschal­ tung aufweist, die einen Erststufenverstärker und einen Zweitstufenverstärker aufweist, wobei zwischen dem Erststu­ fenverstärker und dem Zweitstufenverstärker ebenso viele Reihenschaltungen, wie es passive Infrarotdetektoren gibt, bereitgestellt sind, wobei die Reihenschaltungen parallel angeordnet sind und Kondensatoren zum Bestimmen der nieder­ frequenten Grenzfrequenz der Bandkennlinie, Schalter, die synchron mit dem zyklischen Schalten der Ausgaben der passi­ ven Infrarotdetektoren umzuschalten sind, sowie eine Vorspan­ nungs-Erzeugungsschaltung zum Bereitstellen einer vorgegebe­ nen Vorspannung für den Erststufenverstärker und den Zweitstufenverstärker aufweisen.