DE2742389A1 - Schaltungsanordnung fuer einen infrarot-eindringdetektor - Google Patents

Schaltungsanordnung fuer einen infrarot-eindringdetektor

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Description

P A V IZ N T A N W Λ L Γ £ D R. -I HO. I""! rT. ■■' .·■'"·■■-'ILS
DR.-SNG. HELD, DIf L.-PiiVo. V.CLFF 7 HTiJTTGART 1. LANGF ?T^ftScF 51
C 180
Reg.-Nr. 125 436 Unsere Ref.: 84 09src
CERBERUS AG
Männedorf/Schweiz
Schaltungsanordnung für einen Infrarot-Eindringdetektor
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Infrarot-Eindringdetektor mit mehreren voneinander getrennten Empfangsrichtungen bzw. -bereichen und einem Strahlungsempfangsteil, an dessen Ausgang ein elektrisches Signal entsprechend der aus allen Empfangsrichtungen bzw. Empfangsbereichen aufgenommenen Infrarotstrahlung auftritt.
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Mit Detektoren dieser Art, deren Aufbau beispielsweise in den deutschen Gebrauchsmustern G 76.15724 oder G 76.16785 beschrieben ist, kann die Anwesenheit eines Objektes, z.B. einer unbefugten Person oder eines Einbrechers, in einem geschützten Raum oder Bereich durch Nachweis der von diesem Objekt ausgehenden Infrarotstrahlung nachgewitsen werden. Dabei kann es sich um die Eigenstrahlung der Person handeln, welche im Bereich zwischen 5 und 20 μ, vorzugsweise zwischen 7 und 14 \i liegt. Anstatt der Eigenstrahlung kann jedoch auch eine Infrarotquelle vorgesehen sein und die vom Objekt oder der Person reflektierte Strahlung ausgewertet werden. In jedem Fall müssen die verwendeten optischen Teile an den ausgewerteten Wellenlängenbereich angepasst sein, d.h. für die verwendete Infrarotstrahlung eine hinreichende Durchlässigkeit besitzen bzw. die Spiegel müssen ein genügendes Reflexionsvermögen für Infrarot haben.
In der Praxis ist es erforderlich, bereits geringe Bewegungen einer Person in einem geschützten Raum oder Bereich nachweisen zu können. Da dabei die Gesamtstrahlung sich nur wenig ändert, hat es sich als zweckmässig erwiesen, den geschützten Raum oder Bereich durch mehrere getrennte Sichtfelder oder Empfangsbereiche mit dazwischen liegenden Dunkelfeldern zu überdecken. Eine sich bewegende Person, z.B. ein Einbrecher, wird gezwungen sein, bei einer Bewegung mehrfach die Grenze zwischen einem Empfangsbereich und einem Dunkelfeld zu überschreiten. Dabei ändert sich das Ausgangssignal des Strahlungs-
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empfangsteiles, der bei bekannten Detektoren entweder einen für alle Empfangsbereiche gemeinsamen Infrarotsensor enthalten kann oder mehrere getrennte Sensoren in einer Additionsschaltung (vgl. US-PS 3 703 718, 3 760 399 und 3 792 275).
Die Auswerteschaltungmvorbekannter Detektoren mit mehreren voneinander getrennten Empfangsbereichen verwenden zur Verstärkung der vom Strahlungsempfangsteil abgegebenen Signale einen als Bandpass ausgebildeten Wechselspannungs-Verstärker, dessen Frequenzbereich an die typischen Bewegungsgeschwindigkeiten eines Einbrechers oder des nachzuweisenden Objektes angepasst ist, z.B. den Bereich zwischen 0,2 und 3 Hz. Mit einer solchen Schaltungsanordnung kann ein Einbrecher jedoch nur nachgewiesen werden, wenn das Wechselsignal eine bestimmte Zeit anhält, d.h. wenn eine genügend grosse Anzahl von Empfangsbereichsgrenzen nacheinander überschritten wird. Ein Einbruchdetektor mit einer solchen Auswerteschaltung kann jedoch von einem Einbrecher durch besonders vorsichtige und langsame Bewegung überlistet werden. Ihre Zuverlässigkeit ist in der Praxis daher zu gering.
Zur Ueberwindung dieses Nachteiles sind jedoch auch Auswerteschaltungen bekannt geworden, welche bereits ein Alarmsignal auslösen, wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers einen vorgegebenen Schwellenwert nur ein einziges Mal über- bzw. unterschreitet, d.h. wenn nur eine Grenze eines Empfangsbereiches überschritten wird. Nachteilig ist dabei, dass der Bandpassverstärker einen sehr tiefliegenden Frequenzgang besitzen muss,
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um auch langsame Bewegungen detektieren zu können, was einerseits mit hohem technischem Aufwand verbunden ist, andererseits die Gefahr mit sich bringt, dass durch Veränderung der natürlichen Umgebungsbedingungen ebenfalls ein Alarmsignal ausgelöst werden kann. Zudem führen vereinzelte Störsignale mit genügend grosser Amplitude, die von aussen auf optischem oder elektrischem Wege in den Detektor eindringen oder von ihm selbst erzeugt werden, zu Fehlalarmen.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile und die Schaffung einer Schaltungsanordnung für einen Infrarotstrahlungs-Einbruchdetektor, welcher einerseits auch sehr langsame Bewegungen sicher detektieren kann, andererseits jedoch störunanfällig und fehlalarmsicher arbeitet und welcher einfach aufgebaut ist.
Erfindungsgemäss werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass die Schaltungsanordnung eingerichtet ist, ein Alarmsignal zu geben, wenn die empfangene Infrarotstrahlung innerhalb einer vorgegebenen Verzögerungszeit sowohl in vorbestimmter !feise ansteigt, als auch in vorbestinunter Weise abfällt.
Hierdurch wird erreicht, dass genau dann ein Alarmsignal ausgelöst wird, wenn ein Objekt hintereinander in einen Empfangsbereich eintritt und diesen innerhalb einer bestimmten Verzögerungszeit wieder verlässt. Dabei wird nacheinander zunächst
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eine Zunahme der empfangenen Strahlung registriert und danach wieder eine Abnahme. Die Alarmsignalgabe erfolgt also früher als bei vorbekannten Anordnungen, d.h. bereits bei vollständigem Durchschreiten eines einzigen Empfangsbereiches, wobei jedoch die Gefahr einer Fehlalarmauslösung bei vorbekannten Anordnungen bei Überschreitung nur einer Bereichsgrenze entfällt.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren erläutert.
Figur 1 zeigt die Anordnung eines Infrarot-Detektors in einem geschützten Raum. ·
Figur 2a und 2b zeigen den Spannungsverlauf an zwei verschiedenen Punkten einer erfindungsgemässen Schaltung.
Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung.
Figur 4 zeigt eine solche Schaltungsanordnung im Detail.
In Figur 1 ist die Anbringung eines Infrarotstrahlungs-Detektors D bekannter Konstruktion mit fünf streifenförmigen Empfangsbereichen El, E2, E3, E4 und E5 dargestellt, welche so ausgerichtet sind, dass der geschützte Raum zwischen einer Eingangstür P und einem zu schützenden Objekt, z.B. einem Tresor T, möglichst gut überdeckt ist, sodass ein Einbrecher, welcher durch die Tür P tritt, um zum Tresor T zu gelangen, mehrere dieser Empfangsbereiche durchschreiten muss.
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Am Infrarot-Empfangsteil des Detektors D zeigt sich nun, wie in Figur 2a dargestellt, ein Anstieg des Ausgangssignales zur Zeit ti, wenn der sich bewegende Einbrecher die Grenze zum ersten Empfangsbereich El überschreitet. Sobald er zur Zeit t2 diesen Bereich wieder verlässt, fällt das Signal wieder auf den ursprünglichen Wert ab.
In Figur 3 ist das Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Auswerteschaltung wiedergegeben, welche an einen Empfangsteil 1 im Detektor D angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des Teiles 1 wird einem Differenzierglied 2 zugeführt, an dessen Ausgang ein Signal entsprechend Figur 2b auftritt, d.h. beim Strahlungsanstieg zum Zeitpunkt ti erscheint ein positiver Impuls und beim darauffolgenden Strahlungsabfall zum Zeitpunkt t2 ein negativer Impuls. Das Ausgangssignal^'cler Differenzierschaltung 2 wird über einen Verstärker 3 einem Fensterdiskriminator 4 zugeführt. Dieser ist so eingerichtet, dass an einem seiner Ausgänge ein Signal auftritt, sobald das Ein-•gangssigral einen vorgegebenen oberen oder positiven Schwellenwert S überschreitet und an einem anderen Ausgang ein Signal erscheint, wenn das Eingangssignal einen unteren oder negativen Schwellenwert S unterschreitet. Die beiden Ausgangssignale des Fensterdiskriminators 4 werden je einem Speicher 5 und 6 zugeführt. Gleichzeitig wird bei Ueberschreitung des einen Schwellenwertes, z.B. der positiven Schwelle, ein Taktgeber 7 in Betrieb gesetzt, welcher die beiden Speicher 5 und 6 nach Ablauf der Verzögerungszeit At zurückstellt. Die Ausgänge/Ser beiden Speicher 5 und 6 sind auf die Eingängedeines
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UND-Tores- 8 geführt, dessen Ausgang/mit einer Alarmeinrichtung 9 verbunden ist. Durch den Taktgeber 7 wird also bewirkt, dass über das UND-Tor 8 dann, und nur dann, ein Alarmsignal ausgelöst wird, wenn ein genügend hoher Impuls einer bestimmten Polarität, z.B. ein positiver, in den gegeben wird und innerhalb einer durch den Taktgeber^ 7 bestimmten Verzögerungszeit (At ~1 see. oder grosser) dem -eicher—fr[ein genügend grosser Impuls mit der entgegengesetzten Polarität, z.B. ein negativer, zugeleitet wird.
Eine solche Schaltung gibt also immer dann ein Signal, wenn ein positiver und ein negativer Impuls aufeinander folgen. Ein gewisser Nachteil ist, dass sowohl der obere als auch der untere Schwellenwert fest eingestellt sindT Die Höhe der von einem Einbrecher erzeugten Impulse ist jedoch stark veränderlich, je nach Abstand vom Detektor und Temperaturunterschied zur Umgebung, jedoch wird zu erwarten sein, dass z.B. ein von einem Einbrecher erzeugter negativer Impuls etwa die gleiche Grössenordnung haben wird, wie der vorangegangene positive Impuls oder umgekehrt. Diese Eigenschaft kann zusätzlich zur Erhöhung der Betriebssicherheit und zur Vermeidung von Fehlalarmen herangezogen werden, indem an den Ausgang 'des Verstärkers 3 ein Spitzenwert-Detektor 10 angeschlossen wird. Dieser kann entweder mit dem Verstärker 3 rückgekoppelt sein und dessen Verstärkung in Abhängigkeit der Grosse des ersten eintreffenden Impulses so stark verändern, dass ein zweiter Impuls derart verstärkt, dass er nur dann den Schwellenwert des Fensterdiskriminators 4 überschreiten kann, wenn er ungefähr die gleiche Grosse wie der vorangegangene Impuls hat. Der Spitzenwert-Detektor 10 kann aber auch mit dem Fensterdiskriminator 4 verbunden sein, wodurch dessen Schwellenwerte S bzw. S automatisch entsprechend dem Spitzenwert des ersten eintreffenden Impulses nach oben oder unten verschoben und ge-
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regelt werden. Damit kann erreicht werden, dass ein Alarmsignal nur dann ausgelöst wird, wenn der zweite Impuls entgegengesetzter Polarität mindestens etwa die gleiche Grosse wie der vorangegangene Impuls hat.
Figur 4 zeigt eine geeignete, erfindungsgemässe Schaltung im Detail. Dabei ist ein für alle Empfangsbereiche gemeinsamer Strahlungsempfänger 11 vorgesehen, dessen Ausgangssignal über ein aus einem Kondensator 12 und einem Widerstand 13 bestehendes RC-Glied dem Eingang eines Verstärkers 14 zugeführt wird. Das RC-Glied 12, 13 wirkt dabei als Differenzierglied. Stattdessen kann das Differenzierglied auch am Ausgang'aes Verstärkers 14 nachgeschaltet werden oder es kann ein Verstärker und/oder ein Strahlungsempfänger benützt werden, die durch das ihnen eigene Frequenzverhalten selbst eine Art Differenzierung des Signalverlaufes bewirken. Der Fensterdiskriminator ist in diesem Beispiel aus zwei Komparatoren 18 und 19 zusammengesetzt, wobei der positive Eingängiges einen Komparators 18 und der
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negative Eingang^des anderen Komparators 19 mit dem Ausgang 4H-W des Verstärkers 14 verbunden sind. Die anderen Eingängefder beiden Komparatoren sind an je einen Abgriffdeines aus den Widerständen 15, 16 und 17 bestehenden Spannungsteilers angeschlossen. Die Teilungsverhältnisse dieses Spannungsteilers bestimmen die Schwellenwerte der beiden Komparatoren 18 und Ueberschreitet die Eingangsspannung am positiven Eingang^von Komparator 18 nun den durch den negativen Eingang/^vorgegebenen Schwellenwert, wo wird dem Eingang T des nachgeschalteten Speichers 20 ein Signal zugeführt, und ebenso erhält der dem Komparator 19 nach-
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geschaltete Speicher/ein Signal sobald die Eingangsspannung am negativen Eingang<^des !Comparators 19 die durch dessen positiven Eingang/^vorgegebene Schwelle unterschreitet. Die beiden Ausgänge/"der Komparatoren 18 und 19 sind nun über ein ODER-Tor 22 mit einem monostabilen Multivibrator 23 verbunden, welcher nach Ablauf seiner Verzögerungszeit die beiden Speicher 20 und 21 über deren Rückstelleingänge R löscht. Andererseits sind die Ausgänge Q der beiden Speicher 20 und 21 wiederum über ein UND-Tor 24 mit einer Alarmsignalschaltung 25 verbunden. Diese gibt also dann ein Alarmsignal ab, wenn gleichzeitig beide Speicher 20 und 21 gesetzt sind, was nur möglich ist, wenn ein positiver und ein negativer Impuls, innerhalb der Rückstellzeit des monostabilen Multivibrators 23 eintreffen. Da dieser monostabile Multivibrator 23 über ein ODER-Tor 22 von den Ausgängen der beiden Komparatoren 18 und 19 angesteuert wird, ist es dabei gleichgültig, ob der positive Impuls als erster eintrifft oder der negative Impuls, d.h. ob der Einbrecher einen Empfangsbereich oder eine dazwischen liegende Dunkelzone vollständig durchschritten hat. In beiden Fällen ist eine Alarmsignalgabe sichergestellt.
Es sei erwähnt, dass alle verwendeten Komponenten als handels übliche integrierte Schaltungen ausgeführt sein können. Die Zeitkonstante des RC-Gliedes muss natürlich an die zu erwartende Bewegungsgeschwindigkeit des nachzuweisenden Objektes angepasst werden (z.B. RC ~ 1 sec. oder grosser). Es sei noch erwähnt, dass statt eines Differenziergliedes mit nachgeschaltetem Fensterdiskriminator auch
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ORIGINAL INSPECTED
andere bekannte Schwellenwert-Detektorschaltung mit äquivalenter Funktion benützt werden können, welche geeignet sind, das Durchschreiten einer Schwelle nach oben oder unten nachzuweisen, d.h. zusätzlich die Aenderungsrichtung der Intensität der empfangenen Infrarotstrahlung auszuwerten. Dabei wird dann ein Alarmsignal ausgelöst, wenn eine Schwelle innerhalb einer vorgegebenen Verzögerungszeit wenigstens einmal nach oben, d.h. in Richtung einer Zunahme, überschritten und nach unten, d.h. in Richtung einer Abnahme, unterschritten wird. Die Schwellen für den Anstieg und Abfall können auch unterschiedlich gewählt sein.
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Claims (18)

PATENTANSPRUECHE
1.j Schaltungsanordnung für einen Infrarot-Eindringdetektor mit mehreren voneinander getrennten Empfangsrichtungen bzw. -bereichen und einem Empfangsteil, an dessen Ausgang ein elektrisches Signal entsprechend der aus allen Empfangsrichtungen bzw. -bereichen aufgenommenen Infrarotstrahlung auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung eingerichtet ist, ein Alarmsignal zu geben, wenn die empfangene Infrarotstrahlung innerhalb einer vorgegebenen Verzögerungszeit sowohl in vorbestimmter Weise ansteigt, als auch in vorbestimmter Weise abfällt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Differenzierglied (2) zur Differentiation des Signalverlaufes des Strahlungsempfangsteil (1).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzierglied (2) als RC-Glied ausgebildet ist, welches einen Kondensator (12) und einen Widerstand (13) aufweist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante des RC-Gliedes (12, 13) wenigstens eine Sekunde ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Fensterdiskriminator (4), an dessen erstem Ausgang ein Signal auftritt, wenn das differenzierte Signal des Strahlungsempfangsteiles (1) einen oberen positiven Schwellenwert übersteigt und an dessen zweitem Ausgang ein Signal auftritt, wenn das differenzierte Ausgangssignal des Strahlungsempfangsteiles (1) einen unteren negativen Schwellenwert unterschreitet.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fensterdiskriminator (4) zwei Komparatoren (18, 19) aufweist,
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wobei der obere Eingang des ersten Komparators (18) und der untere Eingang des zweiten Komparators (19) das differenzierte und gegebenenfalls verstärkte Ausgangssignal des Strahlungsempfangsteiles (1) erhält und der andere Eingang der beiden Komparatoren (18, 19) an jeweils einer Referenzspannung liegt.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannung für die beiden Komparatoren (18, 19) von zwei Abgriffen eines Spannungsteilers (15, 16, 17) gebildet werden.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ausgangssignale des Fensterdiskriminators (4) je einem Speicher (5, 6) zugeführt werden.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen vom Fensterdiskriminator (4) gesteuerten Taktgeber, dessen Ausgang mit je einem Rückstelleingang der beiden Speicher (5, 6) verbunden ist und welcher bei Ueberschreitung des einen Schwellenwertes des Fensterdiskriminators (4) in Betrieb gesetzt wird und nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit die beiden Speicher (5,
6) zurückstellt.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgeber einen monostabilen Multivibrator (23) aufweist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgeber (7, 23) über ein ODER-Tor (22) mit den beiden Ausgängen des Fensterdiskriminators (4) verbunden ist.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der beiden Speicher (5, 6) mit den Eingängen eines UND-Tores (8) verbunden sind, dessen Ausgang einen Alarmsignalgeber (9) steuert.
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13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4-12, gekennzeichnet durch einen Spitzenspannungs-Detektor (10), dessen Eingang mit dem Eingang des Fensterdiskriminators (4) verbunden ist, und welcher wenigstens einen der Schwellenwerte des Fensterdiskriminators entsprechend dem Spitzenwert eines am Eingang eintreffenden Impulses der entgegengesetzten Polarität regelt.
14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprücne 2-13, gekennzeichnet durch einen dem Differenzierglied vor- bzw. nachgeschalteten Verstärker (3) .
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenspannungs-Detektor (10) mit dem Verstärker (3) verbunden ist und dessen Verstärkungsgrad entsprechend seinem Eingangssignal regelt.
16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit mindestens 1 Sekunde beträgt.
17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Alarmsignal gegeben wird, wenn das zeitlich differenzierte Ausgangssignal des Empfangsteiles in der Verzögerungszeit mindestens je einmal eine obere,positive Schwelle überschreitet und eine untere, negative Schwelle unterschreitet.
18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Alarmsignal gegeben wird, wenn das Ausgangssignal des Empfangsteiles in der Verzögerungszeit mindestens je einmal eine vorgegebene Schwelle in Richtung einer Zunahme überschreitet und eine vorgegebene Schwelle in Richtung einer Abnahme unterschreitet.
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