DE29716880U1 - Pyroelektrische Detektorvorrichtung - Google Patents
Pyroelektrische DetektorvorrichtungInfo
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Description
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PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT AND TRADEMARK ATTORNEYS
Patentanwälte Hiebsch e.a., Posifach 464, D-78204 Singen
Dipl.-lng. Gerhard F. Hiebsch Dipt.-Ing. Klaus Peege (-1996)
Dipl.-lng. Niels Behrmann M.B.A. (NY]
D-78224 Singen/Germany Heinrich-Weber-Platz ]
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(54) Titel/Title:
Pyroelektrische Detektorvorrichtung
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Steinet GmbH & Co. KG Dieselstraße 80-84 33442 Herzebrock
(74) Vertreter / Representative:
DipL-Ing. Gerhard F. Hiebsch DipL-Ing. Niels Behrmann M.B.A. (NY)
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1 D-78224 Singen
SL221DE7 ' I * S 1% -I I J &Idigr; I .*
Die vorliegende Erfindung betrifft eine pyroelektrische Detektorvorrichtung zur Bewegungserfassung nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
Derartige elektronische Bauelemente werden üblicherweise zur Realisierung von Infrarot-Bewegungssensoren verwendet
und bestehen aus einem oder mehreren, infrarotempfindlichen
Sensorelementen, die in Plättchenform beispielsweise als Lithium-Tantalat-Kristalle realisiert und in einem geeigneten
Detektorgehäuse mit infrarotdurchlässigem Fenster angeordnet sind.
Ein Beispiel derartiger Pyrodetektoren sind etwa die Typen LHi 954/958 des Herstellers EG & G Heimann Optoelectronics
GmbH, Wiesbaden, die zwei der beschriebenen Detektorkristalle zur Gleichtaktunterdrückung gegenpolig miteinander
verschaltet in einem gemeinsamen Gehäuse aufweisen.
Diese Sensorgeometrie aus dem Stand der Technik ist in der Fig. 3 gezeigt. Eine als Kreis symbolisierte Trägerplatte
10 des Detektorgehäuses definiert die Erfassungsebene, in welcher ein Paar von gegenpolig geschalteten Detektor-Kristallelementen
12, 14 angeordnet ist, auf die die Fig. 3 die Draufsicht auf die Erfassungsebene (mit beispielsweise
senkrecht zur Erfassungsebene einfallenden Infrarotstrahlen)
zeigt.
Eine derartige Ausbildung des Pyrosensors (mit der gezeigten
Erfassungsgeometrie) eignet sich insbesondere günstig für Bewegungssensoren, die vertikal in einer Wand befestigt
werden können und an welchen Erfassungsobjekte in Form von Menschen oder Tieren in der in Fig. 6, links, entlang der
Pfeile 1, 2 oder 3 sich vorbeibewegen (die Fig. 6 zeigt, zur besseren Übersichtlichkeit auf drei Einzeldarstellungen
verteilt, im weiteren zu diskutierende Bewegungsrichtungen
SL221DE7
relativ zu einer Erfassungsebene bzw. einem Elementträger 10, wobei die in der Fig. 6 gezeigten Bewegungsrichtungen
jeweils gegeneinander um 45° versetzt gezeigt sind und sowohl eine Infrarot-Abbildung durch die Mitte des Sensor-Erfassungsbereichs
(jeweils mittlerer Pfeil 2, 5, 8) zeigen, als auch jeweils Infrarotstrahlung, die den Sensor
nur im Randbereich trifft).
Die nachfolgende Tabelle 1 verdeutlicht, daß sowohl die in Fig. 3 gezeigte, bekannte Sensor- bzw. Elementgeometrie,
als auch die weiteren, bekannten und nachfolgend noch zu erläuternden Geometrien der Fig. 4 und 5 eine Signalstärke
eines vom Sensor genannten Ausgangssignals erzeugen, die stark abhängig von der Bewegungsrichtung gemäß Typologie
der Fig. 6 ist.
Bewegungsrichtung
(Pfeilrichtung in Fig. 6)
(Pfeilrichtung in Fig. 6)
Sensortyp: 1 (Elementgeometrie)
Fig. 3 ++
Fig. 4 ++
Fig. 5 &ogr;
++
&ogr;
&ogr;
Erläuterung der Signalstärke: +++
+ O ++ O
sehr groß;
groß ;
gut auswertbar;
ausreichend auswertbar;
nur geringes Signal.
Es zeigt sich, daß der Sensortyp der Fig. 3 i.w. nur hinsichtlich der horizontalen Bewegungstypen im linken Bereich
der Fig. 6 gutes Signalverhalten zeigt, während etwa ein vertikaler Signalverlauf (durch den vertikalen Abstand
zwischen den Plättchen) zu keinem befriedigenden Ergebnis führt (diesem liegt die erfinderische Kenntnis zugrunde,
SL221DE7 · *-' £·-.·.:
daß zum Erreichen eines gut auswertbaren Ausgangssignals
des Sensors die Infrarotstrahlung des sich bewegenden Objektes innerhalb eines gewissen Zeitraumes auf beide miteinander
verschaltete Plättchen 12, 14 treffen sollte und auf beiden Detektionsbereichen i.w. dieselbe Zeit einfallen
sollte.) Während bei konstanter Bestrahlung kein Signal erzeugt wird, werden bei Pyrodetektoren Signale durch das bewegte
Objekt (dessen Temperatur sich vom Wärmehintergrund unterscheidet) genau dann erzeugt, wenn das reelle Bild des
Objektes sich in eines der Erfassungssegmente hineinbewegt oder aus einem der Segmente herausbewegt. Da zudem nur
Signale in einem bestimmten Frequenzband weiterverstärkt werden, wobei zu schnelle Signale als Störungen und zu
langsame Signale als Hintergrundes ausgeblendet werden, zeigen die bekannten Geometrien die in der Tabelle 1 erkennbaren,
klaren Abhängigkeiten des nutzbaren Sensorsignals von der jeweiligen Bewegungsrichtung.
Während etwa die in Fig. 4 gezeigte Geometrie gegenüber der Anordnung der Fig. 3 bereits ein erheblich gleichmäßigeres
Richtungsverhalten zeigt, werden hier jedoch, bedingt durch die Abstände in der Mitte, die aus Bewegungen entlang der
Richtungen 2 und 5 (Fig. 6) erzeugten Signale nur schlecht erfaßt. Entsprechendes gilt für die als Sonderform zu betrachtende
Anordnung der Fig. 5, bei welcher insbesondere all diejenigen Bewegungsrichtungen, die nicht unmittelbar
durch die Mitte verlaufen, nur zu einem schlecht auswertbaren Signal führen.
Während sich beispielsweise bei der vertikalen Montage eines solchen Sensors für Wandsensoren gewisse Bewegungsabhängigkeiten
nicht auswirken, so ist es insbesondere für die Deckenmontage eines Bewegungssensors wünschenswert, daß
möglichst in sämtlichen Bewegungsrichtungen konstante, gleichmäßige Detektorsignale erzeugt werden können, damit
eine gleichmäßige Erfassung des zu überwachenden Raumes gewährleistet ist.
SL221DE7 * .* * i* $ \- I *..l , '\,\ .*
Dies ist jedoch durch keine der in Fig. 3 bis 5 gezeigten Geometrien erreichbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße
pyroelektrische Detektorvorrichtung zu schaffen, bei welcher der unerwünschte Effekt der Richtungsabhängigkeit
einer Signalstärke des Bewegungserfassungssignals weitgehend minimiert ist, so daß sich eine solche
Detektorvorrichtung insbesondere auch zur Deckenmontage eignet und eine gleichmäßige Raumüberwachung ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäß beanspruchten Geometrien (Anordnung und
Ausbildung der Plättchen bzw. Elemente in der Erfassungsebene des Sensors) sorgen dafür, daß die erreichbaren
Detektionsbereiche für sämtliche Bewegungsrichtungen, auch für diagonale Richtungen, kaum breiter sind als für horizontale
oder vertikale Richtungen. Damit ändert sich die sog. Reizfrequenz eines von einem jeweiligen Sensorelement
erzeugten Signals (das Inverse der Zeit, die ein abgebildeter Infrarot-Bildpunkt zum Passieren des jeweiligen Detektionsbereiches
in der Bewegungsrichtung benötigt) nur noch geringfügig mit der Bewegungsrichtung, und es wird erfindungsgemäß
eine weitgehend gleichmäßige Detektion aller möglichen Bewegungsrichtungen erreicht.
Dabei ist als "seitlich benachbart" im Sinne der Erfindung zu verstehen, daß ein seitlicher Abstand zwischen verschiedenen
Sensorelementen vorliegt und die einzelnen Elemente einander nicht umschließen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
So ist es besonders bevorzugt, die Erfindung mit mindestens zwei, bevorzugt mindestens vier, umfangssymmetrisch angeordneten
kreissegment- oder scheibensegmentförmigen Sensorenelementplättchen
zu realisieren, deren Abstand voneinander weiter bevorzugt kleiner ist als die kürzeste Randabmessung
eines jeweiligen Sensorelements.
Alternativ ist die Erfindung besonders bevorzugt mittels zweier gegeneinander geöffneter, flächenförmiger
Halbleiterflächen zu realisieren, die einem L nachgebildet sind und einander so gegenüberstehen, daß ein rechteckiger
Gesamtumfang entsteht. Auch durch diese Anordnung läßt sich ein vorteilhaftes, richtungsunabhängiges Signalverhalten
des so realisierten Sensors erreichen.
Insbesondere das Vorsehen abgerundeter Umfangskanten für
diese Ausführungsform verbessert diesen Effekt weiter.
Erfindungsgemäß ist es auf diese Weise möglich, eine Detektorvorrichtung
zu realisieren, die den Einsatz als Infrarot-Deckensensor mit weitgehend unidirektionalem Erfassungsbereich
ermöglicht.
SL221DE7 .· * ;· &xgr; \- \ *.J . *..! .·*
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in
Fig. 1: eine Sensorelementgeometrie gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
Fig. 2: eine Sensorelementgeometrie gemäß einer zweiten, alternativen Ausführungsform;
Fig. 3 bis
Fig. 5: Elementgeometrien nach dem Stand der Technik und
Fig. 6: Bewegungsrichtungen, die zum Überprüfen eines jeweiligen Sensorverhaltens
herangezogen werden.
Wie in der Fig. 1 gezeigt, sind erfindungsgemäß vier
kreissegmentförmige Sensorelementplättchen so einander benachbart angeordnet, daß die Umfangskontur annähernd kreisförmig
ist und der Abstand zwischen den jeweiligen Plättchen gegenüber etwa der Vorrichtung nach Fig. 3 um mehr als
die Hälfte verringert ist. Die Fig. 1 trägt keinen Hinweis auf jeweilige Polaritäten der Plättchen, da die Auswahl
i.w. beliebig und abhängig von einer jeweiligen Verschaltung ist.
In der nachfolgenden Tabelle 2 ist das Signalverhalten
dieser Elementgeometrie gezeigt (vgl. die Tabelle 1), wobei sich ergibt, daß zwar durch die Verringerung des Elementabstandes
das maximal mögliche Signal sich geringfügig verringert, die Gefahr einer Nicht-Detektion zwischen den Segmenten
jedoch ebenfalls absinkt und darüber hinaus die Signalstärke in den verschiedenen Richtungen nur noch
geringfügig schwankt.
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Sensortyp: 1
{Elementgeometrie)
Erfindung (Fig. 1) ++
Erfindung (Fig. 1) ++
Dementsprechend ist die aus dem Stand der Technik deutlich erkennbare Vorzugsrichtung bei der Bewegungserfassung nicht
mehr vorhanden, so daß sich diese Sensorgeometrie in hervorragender Weise für etwa den Einsatz als Deckensensor
eignet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 gezeigt.
Dort weisen die jeweiligen Sensorelemente die im Grundsatz L-förmige Flächenform auf, die in der gezeigten Weise gegeneinander
ausgerichtet sind. Zur weiteren Verbesserung des Richtungsverhaltens sind zudem Abschrägungen im Bereich
der rechten Winkel dieser Anordnung vorgenommen worden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern schließt vielmehr auch sämtliche anderen Geometrien ein, die in der gezeigten
Art und Weise die Bewegungsrichtungsabhängigkeit der Detektorsignalerzeugung minimieren.
Claims (7)
1. Pyroelektrische Detektorvorrichtung zur Bewegungserfassung
mit mindestens zwei, in einer gemeinsamen Erfassungsebene (10) zum Erfassen von Infratorstrahlung
eines Erfassungsobjektes befestigten, infrarot empfindlichen
Sensorelementen, die zum Erzeugen eines Bewegungserfassungssignals verschaltet und mit einer
Auswerteelektronik verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensorelemente in der Erfassungsebene (10) jeweils eine scheibensegment-, kreissegment-, L- oder
bogenförmige Umfangskontur bei i.w. gleicher aktiver Fläche aufweisen und einander seitlich benachbart in
der Erfassungsebene angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einer Trägerplatte in der Erfassungsebene,
auf welcher die als Plättchen realisierten Sensorelemente befestigt sind und die Infrarotstrahlung
durch ein Fenster im Gehäuse erfassen können.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens zwei umfangssymmetrisch angeordnete
kreissegment- oder scheibensegmentförmige Sensorelemente
.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vier Elemente vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegeneinander geöffnete, in der
Erfassungsebene L-förmige Sensorelemente in Form von
Kristallplättchen vorgesehen sind.
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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente abgerundete oder gebrochene
Umfangskanten aufweisen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand zwischen benachbarten
Sensorelementen in der Erfassungsebene kürzer als eine kürzeste Kantenlänge eines Sensorelements ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung zur Realisierung
eines unidirektionalen Deckensensors eingesetzt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE29716880U DE29716880U1 (de) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | Pyroelektrische Detektorvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE29716880U DE29716880U1 (de) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | Pyroelektrische Detektorvorrichtung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE29716880U1 true DE29716880U1 (de) | 1997-11-27 |
Family
ID=8046259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE29716880U Expired - Lifetime DE29716880U1 (de) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | Pyroelektrische Detektorvorrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE29716880U1 (de) |
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- 1997-09-19 DE DE29716880U patent/DE29716880U1/de not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
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R207 | Utility model specification |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20010123 |
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20031008 |
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R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20060401 |