DE2903874A1

DE2903874A1 - Infrarot-raumschutzanlage

Info

Publication number: DE2903874A1
Application number: DE19792903874
Authority: DE
Inventors: Herbert L Berman
Original assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Current assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Priority date: 1978-02-02
Filing date: 1979-02-01
Publication date: 1979-08-16
Also published as: US4195234A; GB2013876A; IE47803B1; NL7900838A; BE873823A; JPS54114281A; FR2416512A1; FR2416512B3; IT7919766A0; IE790168L; CA1120126A; IT1207168B; GB2013876B; AU4372579A

Description

Be Schreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Raumschutzanlage, insbesondere auf eine Raumschutzanlage, bei der die Gegenwart eines Eindringlings durch von seinem Körper abgestrahlte infrarote Wärmeenergie erfaßt wird.

Aus den US-PSn 3 703 718 und 3 928 843 sind bereits Infrarot-Raumschutzanlagen bekannt, bei denen ein Fühlelement zur Erzeugung eines elektrischen Signals verwendet wird, das der Höhe der aus dem zu schützenden Raum empfangenen Infrarot-Energie entspricht. Das Signal wird durch eine geeignete Schaltung verarbeitet und es wird eine Alarmeinrichtung betätigt, wenn sich das Signal plötzlich ändert. Dies ist wegen der Körperwärme eines Eindringlings dann der Fall, wenn dieser den geschützten Bereich betritt.

Die Betriebsweise solcher Anlägen ist abhängig von der Pegeldifferenz oder dem Pegelkontrast zwischen der vom Eindringling erzeugten Strahlung und der von den normalerweise im geschützten Bereich vorhandenen Gegenständen (Hintergrund) erzeugten Strahlung. Die Empfindlichkeit oder der Erfassungsbereich solcher Anlagen ist daher von der Umgebungstemperatur abhängig. Für die kleinen Temperaturdifferenzen, die normalerweise zwischen dem Eindringling und den Hintergrundgegenständen vorhanden sind, ist das Kontrastsignal annähernd proportional zur Temperatürdifferenz zwischen Eindringling und Hintergrund. Steigt die Temperatur

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des geschützten Bereichs und erreicht sie die Temperatur des Eindringlings, so nimmt das Kontrastsignal ab und der Erfassungsbereich wird vermindert. Nimmt umgekehrt die Temperatur des Eindringlings ab, so nimmt auch das Kontrastsignal ab, wodurch der Erfassungsbereich vermindert wird. Wenn dagegen die Temperatur des geschützten Bereiches abfällt, steigt das Kontrastsignal, wodurch der Erfassungsbereich ebenfalls erweitert wird. Wird aber die Hintergrundtemperatur beträchtlich abgesenkt, so können Fehlalarme dadurch erzeugt werden, daß innerhalb des geschützten Bereichs zufällige, ungewollte Wärmequellen vorhanden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mängel und Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere soll eine Alarmanlage mit auf die Temperatur ansprechenden Einrichtungen geschaffen werden, die unabhängig von Änderungen der Umgebungstemperatur eine im wesentlichen konstante Empfindlichkeit aufweist.

Durch die Erfindung wird ein passiver Infrarot-Raumschutzdetektor bereitgestellt, dessen Erfassungsbereich oder Empfindlichkeit unabhängig von der Umgebungstemperatur im geschützten Bereich verhältnismäßig gleichförmig ist. Die Anordnung enthält ein Fühlelement, das für auf dasselbe auftreffende infrarot Energie empfindlich ist, eine an das Fühlelement angeschlossene Schaltung zur Erzeugung eines elektrischen Signals bei plötzlichen Änderungen des Pegels der infraroten Energie im geschützten Bereich, eine auf das elektrische Signal ansprechende Einrichtung zur Abgabe eines Ausgangssignals, wenn das elektrische Signal einen Schwellenpegel erreicht, und eine auf die Umgebungstemperatur im geschützten Bereich ansprechende Einrichtung zur Einstellung des Schwellenpegels zur Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Empfindlichtkeit bei Änderungen der Umgebungstemperatur.

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Weitere Ziele,Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1. teilweise in Blockform, das Schaltbild -

einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Raumschutzanlage,

Fig. 2 einen Teil des Schaltbilds einer zweiten Ausführungsform der Raumschutzanlage und

Fig. 3 einen Teil des Schaltbilds einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Raumschutzanlage .

Gemäß Fig. 1 enthält die Raumschutzanlage ein Fühlelement 11, das infrarote Strahlung aus dem zu schützenden Bereich empfängt. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht dieses Element aus einem Thermistor-Bolometer, dessen Widerstand vom Pegel der auftreffenden infraroten Strahlung abhängig ist. Die Strahlung aus mehreren diskreten Gesichtsfeldern wird durch mehrere nicht gezeigte Spiegelelemente auf das Fühlelement gerichtet. Gegebenenfalls können andere Fühlelemente, beispielsweise pyroelektrische Geräte oder Thermosäulen verwendet werden.

Das Fühlelement 11 ist elektrisch mit einem Widerstand 12 in Reihe geschaltet; diese Reihenschaltung ist zwischen eine Klemme +V einer Spannungsquelle und Systemmasse geschaltet. Fühlelement 11 und Widerstand 12 dienen als Spannungsteiler; die Spannung am Verbindungspunkt der beiden Elemente ist abhängig vom Pegel der auf das Fühlelement 11 auftreffenden infraroten Strahlung.

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Der VerMndungspunkt zwischen Fühlelement 11 und Widerstand 12 ist an den Eingang eines abstimmbaren Verstärkers 13 angeschlossen. Dieser Verstärker hat vorzugsweise ein Durchlaßband in der Größenordnung von 0,2 bis 2 Hz mit einer Spitzenfrequenz bei etwa 0,5 Hz. Diese Frequenzcharakteristik entspricht der Gehgeschwindigkeit einer Person; sie ist besonders geeignet zur Unterscheidung zwischen Änderungen des Pegels der Infrarotstrahlung, die von einem Eindringling erzeugt werden, und allmählichen Änderungen, beispielsweise bei Änderungen der Raum- oder Umgebungstemperatur. Geeignete Schaltungen für solche abstimmbare Verstärker sind aus den genannten US-PSn 3 703 718 und 3 928 843 bekannt. Bei Fehlen einer plötzlichen Änderung des Energiepegels bleibt das Ausgangssignal des Verstärkes auf einem festen Pegel, beispielsweise bei Null, konstant. Eine plötzliche Änderung des Energiepegels führt zu einer entsprechenden Änderung des Ausgangssignals des Verstärkers, wobei die Größe der Änderung des Ausgangssignals abhängig ist von der Größe der Änderung des Energiepegels.

Der Ausgang des abstimmbaren Verstärkers 13 ist über einen Kondensator 16 mit einem Pegeldetektor 14 verbunden. Der Pegeldetektor besteht im wesentlichen aus einem Operationsverstärker, dessen invertierendem Eingang das Ausgangssignal vom Verstärker 13 zugeführt wird. Der Ausgang des Pegeldetektors 14 ist mit einem Alarmgeber 17 verbunden.

Besondere Einrichtungen sind vorgesehen, um dem Pegeldetektor 14 ein temperaturabhängiges Bezugssignal zuzuführen, um eine im wesentlichen konstante Empfindlichkeit aufrechtzuerhalten. Diese Einrichtung umfaßt eine Reihenschaltung aus einem festen Widerstand 21 und einem Thermistor 22,. die zwischen +V und

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Masse in Reihe geschaltet sind. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 21 und dem Thermistor 22 ist an den direkten Eingang des Verstärkers 14 geführt. Der Thermistor 22 bildet ein temperaturabhängiges Widerstandselement mit einem verhältnismäßig großen negativen Temperaturkoeffizienten. Gegebenenfalls können andere temperaturempfindliche Elemente verwendet v/erden. Der Widerstand 21 und der Thermistor 22 dienen als Spannungsteiler, der dem Pegeldetektor 14 eine temperaturabhängige Bezugsspannung zuführt. Zwischen den invertierenden Eingang des Pegeldetektors 14 und Masse ist ein Widerstand geschaltet. Um auch bei extremen Temperaturanstiegen einen vorbestimmten minimalen Bezugspegel aufrechtzuerhalten, kann in Reihe zwischen den Thermistor 22 und Masse ein weiterer, nicht gezeigter fester Widerstand geschaltet werden.

Befindet sich in dem zu schützenden Bereich keine unbefugte Person, so liefert der Verstärker 13 ein Ausgangssignal von 0 V. Betritt ein Eindringling den Bereich, so steigt das Signal entsprechend. Dieses Signal wird im Pegeldetektor 14 mit dem vom Spannungsteiler mit dem Widerstand 21 urid dem Thermistor 22 bereitgestellten Bezugssignal verglichen. Die Höhe des Bezugssignals' ändert sich entsprechend Temperaturänderungen im geschützten Bereich. Mit steigender Temperatur nimmt also der Widerstand des Thermistors ab, die Bezugsspannung fällt ebenfalls. Umgekehrt steigt mit fallender Temperatur der Widerstand des Thermistors, wodurch die Bezugsspannung entsprechend ansteigt. Infolgedessen bleibt der Kontrastpegel oder das Verstärker-Ausgangssignal, die notwendig sind, einen Alarm zu erzeugen, im wesentlich konstant. Dies bedeutet, daß die Empfindlichkeit oder der Erfassungsbereich der Anlage auch bei starken Temperatüränderungen des

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geschützten Bereichs verhältnismäßig konstant bleiben. Der Erfassungsbereich wird daher durch Temperaturanstiege nicht wesentlich vermindert und Fehlalarme wegen zufälliger Wärmequellen werden bei fallender Temperatur vermieden.

Die in Fig. 2 gezeigte zwei te Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage unterscheidet sich von der der Fig. 1 dadurch, daß ein temperaturabhängiges Widerstandselement 31 zwischen +V und den direkten Eingang des Pegeldetektors 14 und ein fester Widerstand 32 zwischen diesen Eingang und Masse geschaltet sind. Das Element 31 hat einen verhälnismäßig hohen positiven Temperaturkoeffizienten, so daß der Widerstand des Elements 31 mit steigender Temperatur ebenfalls ansteigt und die Spannung am Widerstand 32 fällt. Umgekehrt nimmt bei fallender Temperatur der Widerstand des Elements 31 ab und die am Widerstand 32 anliegende Spannung steigt. Somit wird wiederum die gewünschte, praktisch konstante Empfindlichkeit aufrechterhalten.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 wird durch einen aus festen Widerständen 41 und 42 bestehenden Spannungsteiler dem Pegeldetektor 14 ein Bezugssignal konstanter Amplitude zugeführt. Zwischen den Kondensator 16 und den invertierenden Eingang des Pegeldetektors 14 ist ein temperaturabhängiges Widerstandselement 43 geschaltet. Das Widerstandselement 43 hat einen verhältnismäßig hohen negativen Temperaturkoeffizienten und bildet mit dem Widerstand 23 einen Spannungsteiler, der zur Absenkung des Signals vom Verstärker 43 dient. Mit steigender Temperatur fällt der Widerstand des Elements 43 und der Pegel des dem Pegeldetektor 14 vom Verstärker 13 zugeführten Signals steigt an. Umgekehrt, steigt der Widerstand des Elements 43 mit fallender Temperatur, so daß der Pegel des 'zugeführten Signals fällt. Somit wird bei dieser Ausführungsform durch

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Einstellung der Umgebungstemperatur entsprechend Temperaturänderungen eine relativ konstante Empfindlichkeit aufrechterhalten.

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Claims

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜ3KL--HOPF EBBIM&HAUS FINCK MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 93 PROFESSIONAL REPRESENTATIVES ALSO BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE KARL LUDWIG SCHIFF DIPL. CHEM. DR. ALEXANDER V. FÜNER DIPL. ING. PETER STREHL DIPL. CHEM. DR. URSULA SGHi)BEL-HOPF DIPL. INQ. DIETER EaSINSHAUS DR. ING. DIETER FINCK TELEFON (Ο89) 482OS4 TELEX 5-23 S65 AURO D TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN OPTICAL COATING ■ DEA-14394 LABORATORY, INC. 1. Februar 1979 INFRAROT-RAUMSCHUTZANLAGE Pate ntansprüche

1.) Infrarot-Raumschutzanlage, bei der die Gegenwart eines Eindringlings in den geschützten Bereich durch eine Änderung der infraroten Energie von einem Umgebungspegel zu einem Schwellenpegel erfaßt wird, gekennzeichnet durch Einrichtungen mit einem Fühlelement (11) zur Erzeugung eines elektrischen Signals bei einer Änderung der infraroten Energie, durch eine Einrichtung (22, 31, 43) zur Erzeugung eines dem Schwellenpegel entsprechenden Bezugssignals, durch eine Einrichtung (14), die auf das elektrische Signal und das Bezugs-

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signal anspricht und ein Ausgangssignal liefert, wenn die Energie im geschützten Bereich den Schwellenpegel erreicht, und durch auf die Umgebungstemperatur im geschützten Bereich ansprechende Einrichtungen (13) zur Einstellung des Pegels des Bezugssignals und zur Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Empfindlichkeit bei Änderungen der Umgebungstemperatur.

2. Raumschutzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einstellung des Pegels des Bezugssignals eine Einrichtung zur Erhöhung des Pegels des Bezugssignals enthält, wenn die Temperatur abfällt, und zur Verminderung des Pegels des Bezugssignals, wenn die Temperatur ansteigt.

3. Raumschutzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bereitstellung eines Bezugssignals einen Spannungsteiler enthält, in dessem einem Schenkel ein temperaturabhängiges Widerstandselement (22) vorgesehen ist.

4. Infrarot-Raumschutzanlage, bei der die Gegenwart eines Eindringlings in den geschützten Bereich durch eine Änderung der infraroten Energie von einem Umgebungspegel zu einem Schwellenpegel erfaßt wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung mit einem Fühlelement zur Erzeugung eines elektrischen Signals bei einer Änderung der Infrarotenergie, durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bezugssignals, durch eine Einrichung zur Abgabe eines Ausgangssignals, wenn das elektrische Signal den Pegel des Bezugssignals erreicht, und durch eine auf die Umgebungstemperatur im geschützten Bereich ansprechende Einrichtung zur Absenkung des elektrischen Signals und zur

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Aufrechterhaltung einer im wesentlichen gleichmäßigen Empfindlichkeit bei Änderungen der Umgebungstemperatur.

5- Raumschutzanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Temperatur ansprechende Einrichtung ein temperaturabhängiges Widerstandselement enthält, durch das das elektrische Signal läuft.

6. Infrarot-Raumschutzanlage, bei der die Gegenwart eines Eindringlings in den geschützten Bereich durch eine Änderung der infraroten Energie von einem Umgebungspegel zu einem Schwellenpegel erfaßt wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung mit einem Fühlelement zur Erzeugung eines elektrischen Signals, das der auf das Fühlelement auftreffenden infraroten Energie entspricht, durch einen auf das elektrische Signal ansprechende Verstärker zur Erzeugung eines Kontrastsignals, das einer Änderung des Pegels des infraroten Energie entspricht, durch eine Bezugssignalquelle, durch einen auf das Kontrastsignal und das Bezugssignal ansprechenden Komparator zur Abgabe eines Ausgangssignals, wenn das Kontrastsignal den Pegel des Bezugssignals erreicht, und durch eine auf die Umgebungstemperatur im geschützten Bereich ansprechende Einrichtung zur Einstellung des Pegels des Bezugssignals, zur Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Empfindlichkeit bei Änderung der Umgebungstemperatur.

7. Raumschutzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignalquelle einen Spannungsteiler und die Einrichtung zur Einstellung des Pegels des Bezugssignals ein temperaturabhängiges Widerstandselement in einem Schenkel des Spannungsteiler enthält-

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