DE2260486A1

DE2260486A1 - Raumschutzvorrichtung

Info

Publication number: DE2260486A1
Application number: DE2260486A
Authority: DE
Inventors: Frank Schwarz
Original assignee: Barnes Engineering Co
Current assignee: Barnes Engineering Co
Priority date: 1971-12-20
Filing date: 1972-12-11
Publication date: 1973-07-05
Also published as: IL40982A0; GB1412784A; NL7217272A; BE793058A; CA992641A; JPS4871198A; US3760399A; FR2164644A1; CH557069A; IL40982A

Description

Barnes Engineering Company,
Stamford, Conn·, USA

Raumschutzvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Raumschutzvorrichtung, insbesondere ein'Bewegungsanzeigesystem, das eine optische
Weitwinke!einrichtung mit breitem Sichtfeld zusammen mit einem Thermosäulen-Detektor verwendet, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß Ausgangssignale entgegengesetzter Polarität erzeugt werden, wenn ein Objekt innerhalb des Sichtfeldes der optischen Einrichtung sich quer zur Thermosäule bewegt, um eine Bewegungsfolge hervorzurufen, die bei geeigneter Verarbeitung und unter Verwendung logischer Schaltkreise das Vorhandensein eines Eindringlings anzeigt.

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Es sind eine ganze Anzahl von Raumschutzvorrichtungen vorgeschlagen worden, die sowohl aktiver als auch passiver Natur sind. Die aktiven Systeme erfordern gewöhnlich eine Strahlungsenergiequelle in Form von Licht oder anderer Strahlung, die in einen Raum bzw. in einen Bereich hineingestrahlt wird oder diesen überdeckt, wobei dann, wenn dieser Bereich von einem Eindringling durchquert wird, eine Unterbrechung oder Änderung der Strahlung erfolgt und einen Alarm hervorruft. Da alle aktiven Systeme eine Strahlungsquelle oder einen Übertrager erfordern, benötigt man zusätzliche Ausrüstung, die sowohl eine Quelle von Störungen und Ausfällen 1st als auch vom Eindringling leichter entdeckt wird. Die Systeme passiver Natur benutzen Strahlung in Form von Infrarot, die vom Eindringling erzeugt und von einem geeigneten Infrarot-Detektor aufgenommen und verarbeitet wird, um Alarm hervorzurufen. Lärmspitzen (noise spikes) und andere Formen von Interferenz erzeugen in vielen dieser Systeme unerwünschte Alarme. Es wurden bereis verschiedene passive Systeme vorgeschlagen, die eine Vielzahl von Detektorelementen aufweisen, die getrennte oder einander überlappende Sichtfelder überschauen, alle in dem Versuch, diese Probleme zu überwinden. Die vorliegende Erfindung besteht aus einem passiven System, das eine einfache optische Einrichtung aufweist, welches ein breites Sichtfeld abdeckt und einen einzelnen Thermosäulen-Detektor verwendet, um diese Probleme zu lösen.

Es wird als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, eine Raumschutzvorrichtung zu schaffen, die eine neue Lösung des Raumschutzes darstellt, um das Vorhandensein eines Eindringlings im Sichtfeld des Systems anzuzeigen.

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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, eine neue und verbesserte Raumschutzvorrichtung zu schaffen, die ein einfaches Weitwittkel-Sichtfeld aufweist, sowie einen einzelnen Thermosäulen-Detektor für die Anzeige des Vorhandenseins von Bewegung innerhalb des Sichtfeldes des Detektors.

Schließlich besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine neue und verbesserte Raumschutzvorrichtung zu schaffen, die die Möglichkeit falscher Alarme verringert.

Bei der Ausführung dieser Erfindung in einer ihrer verdeutlichenden Ausführungsformen richtet ein einfaches optisches Sammelsystem mit breitem Sichtfeld Strahlung aus ihrem Sichtfeld auf einen Thermosäulen-Detektör, der einen Aufbau aufweist, bei dem alle Anschlußstellen aktiv sind (all-active-junction). Der Thermosäulen-Detektor ist aus einer Vielzahl von Thermoelementen mit alternierender Polarität aufgebaut, die in Spalten ausgerichtet sind, die die gleiche Polarität aufweisen. Mit dem Thermosäulen-Detektor sind Schaltungseinrichtungen verbunden, um die von ihm kommenden Signale in eine vorbestimmte Polaritätsfolge zu verarbeiten, derart, daß ein Objekt, das sich quer durch das Sichtfeld der Thermosäule bewegt, ein Ausgangssignal wechselnder Polarität erzeugt, das das Vorhandensein eines Eindringlings im Sichtfeld der Thermosäule anzeigt und gegenüber falschen Alarmen unterscheidet.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

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Es zeigt:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform eines neuen Thermosäulenaufbaus, zur Erleichterung der Darstellung abgebrochen;

Fig. 2 ein optisches und elektrisches Schema einer Ausführungsform der Raumschutzvorrichtung nach vorliegender Erfindung;

Fig. 3 ein optisches Schema einer anderen Ausführungsform des optischen Systems, das bei der vorliegenden Erfindung Vervendung finden kann;

Fig. 4-7 zeigen Wellenformen, die nützlich sind, um die Arbeitsweise einer Art der elektronischen Verarbeitung und der logischen Schaltkreise zu verdeutlichen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.

In Fig. 1 ist ein unüblicher Thermosäulen-Detektor Io gezeigt, der das Schlüsselelement der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Thermosäulen-Detektor Io ist aus einer Reihe von Thermoelementen aus verschiedenartigen Metallen 14 und 16 aufgebaut, die eine Anschluß- bzw. Verbindungsstelle 15 bilden, die zur Verstärkung der Ansprechbarkeit des Thermoelementes geschwärzt ist. Es ist zu beachten, daß die Zeichnung der Thermosäule zwecks Vereinfachung der Darstellung erheblich vom Maßstab abweicht. Die Metalle 14 und 16 sind sehr dünn und sind zwischen den Verbindungsstellen erheblich verschmälert. Die verschiedenartigen Metalle 14 und 16 können Wismut und Antimon sein, oder jedes andere geeignete Thermoelementmaterial. Der Thermosäulen-Detektor

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wird unter Verwendung herkömmlicher Vakuum-Dampf-Techniker! auf einer Unterlage 12 aus einem Material gebildet, das ein recht guter Isolator ist, beispielsweise Polystyren, Plexiglas, Polyäthylenterephthalat od.dgl. Der dargestellte Aufbau des Thermosäulen-Detektors Io unterscheidet sich von herkömmlichen Thermosäulenkonstruktionen insofern, als alle Anschluß- bzw. Verbindungsstellen aktiv sind und keine Bezugsverbindungen bzw. Vergleichsstellen vorhanden sind. Bei einer derartigen Konstruktion werden abwechselnde Polaritäten längs einer Reihe von Thermoelementen aufgebaut. Der Thermosäulen-Detektor Io ist ferner derart angeordnet, daß die Säulen 1, 2, 3 und 4 so gebildet^sind, daß die die Säulen bildenden Thermoelemente die gleiche Polarität aufweisen. Sämtliche Thermoelement-Verbindungsstellen 15 sind in Reihe zwischen einem Paar von Ausgangsleitungen 18 und 19 verbunden, derart, daß sich die Signale addieren und deshalb ein Objekt, das quer über einer Säule erscheint, einen additiven Signalausgang von größerer Amplitude erzeugt, als seitens eines einzelnen Thermoelements erreicht werden könnte. Bei der gezeigten Konstruktion erzeugt ein Objekt, das sich quer zu den Säulen 1, 2, 3 und 4 bewegt, einen sinusförmigen Ausgang an den Ausgangsleitungen 18 und 19, wobei dieses Signal verarbeitet werden kann, um das Vorhandensein eines Eindringlings anzuzeigen. Eine auf die herkömmliche Weise arbeitende Thermosäule würde ein Gleiclistroaisignal erzeugen, was wiederum ein Netz ©der eiaen beweglichen Zerhacker erfordern würdet um das liechselstromsignal zur Verfügung zu stellen, das gemäß vorliegender Erfindung ohne irgendwelche zusätzlichen, sich bewegenden Elemente erzeugt wird» Der Thermosäulen-Detektor Io ist als Raumschutzvorrichtung insbesondere deshalb besonders geeignet, weil er im tiefen Infrarotbereich des elekts?o-

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magnetischen Spektrums mit einem vor dem Detektor angeordneten Langwellenlängenfilter arbeitet und deshalb gegenüber Blitzlichten, Fernlampen von Kraftfahrzeugen oder anderen Signalarten immun ist, die in anderen aktiven oder passiven Arten von Alarmsystemen falsche Alarme erzeugen würden.

Fig. 2 verdeutlicht eine Art von sphärisch reflektierendem, konzentrischem optischen System, das ein weites Gesichtsfeld zur Verfügung stellt, im Bereich von 9o° χ 6o°, sowie mit ausreichender Empfindlichkeit für Bereiche von etwa Io m (3o Fuß), die für den Schutz eines ganzen Raums verwendet werden kann. Die optische Einrichtung ist im wesentlichen ein sphärischer Reflektionsspiegel 2o, der die aus einem Sichtfeld gesammelte Strahlung durch Öffnungsbegrenzungen 22 auf den Thermosäulen-Detektor Io appliziert, der auf einen konzentrischen, sphärischen Support 21 montiert ist. Statt den Thermosäulen-Detektor Io auf einen gebogenen Support 21 zu montieren, der zum sphärischen Reflektor 2o konzentrisch angeordnet ist, kann auch eine flache Montagebasis benutzt werden, wie in Fig. 3 gezeigt ist; dabei wird eine Veitwinkellinse 24 benutzt, oder auch mit dem sphärischen Reflektor 2o, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, bei Verwendung eines ovalen Fensters. Das wesentliche Merkmal der optischen Einrichtung besteht darin, daß sie so einfach wie möglich ist und doch die Funktion des Uberdeckens eines breiten Sichtfeldes erfüllt und die ankommende Strahlung dem Thermosäulen-Detektor zuführt.

Die Signale vom Thermosäulen-Detektor Io werden einem Vorverstärker 26 zugeführt. An dieser Stelle sollte darauf hingewiesen werden, daß der Thermosäulen-Detek-

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tor Io so ausgebildet ist, daß eine Person, die sich horizontal quer zum Sichtfeld des Sensors bewegt und dabei die Säulen 1, 2, 3 und 4 aufeinanderfolgend kreuzt, dafür sorgt, daß eine Aufeinanderfolge von Thermoelementen sich aufheizt und demzufolge Ausgangssignale erzeugt. Für einen derartigen Vorgang ist der Ausgang aus dem Vorverstärker 26 in Fig. 3 als Wellenform 46 mit abwechselnd positiven und negativen Signalen gezeigt, die erzeugt werden, wenn sich das Objekt quer zu den verschiedenen Säulen bewegt, die von den Thermoelementen des Thermosäulen-Detektors Io gebildet werden. Der Vorverstärker 26 ist mit einem Spannungs-Komparator 28 verbunden, an den eine Bezugsspannung 3o angelegt ist; dieser Spannungs-Komparator 28 ist mit einem monostabilen Multivibrator 32 verbunden. Der Vorverstärker 26 verstärkt das durch die Wellenform 46 dargestellte Signal gemäß Fig. 4 auf eine ausreichende Höhe, so daß der Spannungs-Komparator 28 auf Zustand schaltet, sobald das Signal 26 die Bezugsspannung 3o übersteigt. Dadurch wird der Multivibrator 32 aktiviert, der eine Ausgangsspannung von fixierter Größe aufbaut, die durch die Wellenform 48 in Fig. 5 dargestellt ist, die für einen fixierten Zeitraum, z.B. 5 Sekunden, aufrechterhalten wird. Der Vorverstärker 26 ist ferner mit einem weiteren Kanal verbunden, der einen Umformer 34, einen weiteren Spannungs-Komparator 36 mit einer Bezugsspannungsgröße 38 und einen Multivibrator 4o aufweist. Dementsprechend würde sich die Person dann, wenn das Signal 46 von einem Eindringling im Sichtfeld herrührt, derart bewegt haben, daß die Säule 2 des Thermosäulen-Detektors Io aufgeheizt wird. Dies erzeugt ein negativ werdendes Signal, das von dem Spannungs-Komparator 36 abgefühlt wird, nachdem die Signalpolarität von der Umformerstufe 34 gewechselt worden ist. Wenn der vom Bezugsspannungswert 38 gesetzte

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Schwellenwert überschritten wird, wechselt der Spannungs-Komparator 36 seinen Zustand und aktiviert den monostabilen Multivibrator 4o_f um einen Impuls festgelegter Amplitude für eine gegebene Dauer zu erzeugen, beispielsweise für 5 Sekunden, wie durch die Wellenform 5o in Fig. 6 gezeigt ist. Die Multivibratoren 32 und 4o sind beide mit einem UND-Tor 42 verbunden, das mit einem Alarmelement 44 verbunden ist. Wenn die Ausgangsimpulse der Multivibratoren 32 und 4o zusammenfallen, wird das UND-Tor 42 aktiviert bzw. steuerungsfähig und erzeugt ein Signal 52, wie in Fig. 7 gezeigt ist, wodurch die Alarmeinrichtung 44 aktiviert wird. Die Alarmeinrichtung 44 kann jede geeignete Form aufweisen und visuell oder akustisch sein; sie kann auch dazu verwendet werden, um andere Einrichtungen zu betätigen, beispielsweise Telefonleitungen od.dgl. Falls der einzelne monostabile Multivibrator 32 von einem falschen Signal ausgelöst sein sollte, beispielsweise von einer Lärmspitze oder Hochfrequenz-Interferenz od.dgl., wird lediglich ein Ausgangsimpuls ausgelöst worden sein. Nachdem die Bestätigung von einem zweiten Impuls entgegengesetzter Polarität fehlt, würde sich kein Ausgangssignal seitens des UND-Tors ergeben und demzufolge auch kein Alarm, so daß falsche Alarme vermieden werden. Obwohl bezüglich der elektronischen Verarbeitung lediglich zwei logische Kanäle dargestellt wurden, und zwar zwecks Vereinfachung der Erläuterung und Illustration, läßt sich die gleiche Logik auf eine Folge von drei oder mehr Impulse wechselnder Polarität ausdehnen, wobei diese Folge obligatorisch gemacht werden kann, bevor ein endgültiger, alarmhervorrufender Ausgang erzeugt wird. Wird die Auflage gemacht, daß zusätzliche Ausgangsimpulse erforderlich seien, dann vermindert dies ganz entscheidend die Möglichkeit falscher Alarme, die durch

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die Raumschutzvorrichtung hervorgerufen werden könnten.< Die Raumschutzvorrichtung bzw* das Alarmsystem gemäß vorliegender Erfindung, das passiv arbeitet und klein ist, ist nicht leicht feststellbar; ferner läßt es sich leicht verbergen, falls gewünscht ist, daß es heimlich arbeitet. Da die optische Einrichtung einfach ist und ein breites Sichtfeld überdeckt, läßt sich ein ganzer Raum zwecks Entdeckung eines Eindringens abdecken, unabhängig davon, wo der Eindringling den überwachten Bereich betritt. Da sämtliche Verbindungsstellen des Detektors aktiv sind und ein Signal variierender Polarität erzeugen, wenn ein Eindringling das Sichtfeld des Detektors durchquert, sind keinerlei bewegliche Teile für das Entdecken des Eindringens nötig, was die Vorrichtung einfach und langlebig macht. Die optischen Teile und der Detektorteil der Vorrichtung können bequem an der gewünschten Stelle angebracht werden, von der aus ein unbehinderter Blick auf den gesamten zu überwachenden Bereich gewährleistet ist, während die elektronische Schaltung woanders angebracht werden kann, innerhalb oder außerhalb des geschützten Bereichs. Das sinusförmige Spannungsmuster, das von dem Thermosäulen-Detektor gemäß vorliegender Erfindung erzeugt und von der Bewegung eines Eindringlings hervorgerufen wird, bildet einen idealen Ausgang für logische Schaltkreise für das Abfühlen zweier Impulse entgegengesetzter Polarität, wobei diese Schaltkreise demnach in der Lage sind, das interessierende Signalmuster festzustellen, um lediglich aus Anlaß eines solchen Musters Alarm zu erzeugen und somit falsche Alarme zu vermeiden.

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Claims

Patentansprüche

1.; Raumschutzvorrichtung für die Zurverfügungstellung eines sich ändernden Signals, sobald sich ein Objekt quer zur Vorrichtung bewegt, gekennzeichnet durch eine Schicht (12) aus wärmeisolierendem Material, einen Thermosäulen-Detektor (lo), der auf die Schicht aus isolierendem Material montiert ist und aus einer Vielzahl von Thermoelementen aus verschiedenartigen Metallen (14, 16) besteht, wobei alle Verbindungsstellen (15) wirksam sind, und wobei die Thermoelemente in Reihe verbunden und in einer Mehrzahl von Reihen alternierender Polarität angeordnet und zu Säulen (1, 2, 3, 4) gleicher Polarität ausgerichtet sind, und durch Ausgangsanschlüsse
(18, 19), die quer über den Thermosäulen-Detektor
angeschlossen sind, welcher an ihnen ein Ausgangssignal wechselnder Polarität in Abhängigkeit von
einem Objekt zur Verfügung stellt, das sich quer
zum Thermosäulen-Detektor bewegt.

2. Raumschutzvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch optische Einrichtungen (2o, 22 bzw. 24), die die aus einem vorbestimmten Sichtbereich herrührende Strahlung sammeln und dem Thermosäulen-Detektor (lo) zuführen.

3. Raumschutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Einrichtungen eine Weitwinkellinse (24) aufweisen.

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4. Raumschutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Einrichtungen einen sphärischen Weitwinkelreflektor (2o) aufweisen.

5. Raumschutzvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Schaltungseinrichtungen (26 - 42), die an die Ausgangsanschlüsse (18, 19) des Thermosäulen-Detektors (io) angeschlossen sind, um vom Thermosäulen-Detektor kommende Signale zwecks Anzeige des Vorhandenseins eines Eindringlings und Unterscheidung von falschen Alarmen in einer vorbestimmten Polaritätsfolge zu verarbeiten.

6. Raumschutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtungen (26 - 42) eine Mehrzahl von signalverarbeitenden Kanälen aufweisen, die auf die vorbestimmte Polaritätsfolge ansprechen und Signale von fixierter Dauer erzeugen, deren Koinzidenz einen Ausgang erbringt, der das

, Vorhandensein eines Eindringlings anzeigt.

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