DE29716880U1

DE29716880U1 - Pyroelektrische Detektorvorrichtung

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Publication number: DE29716880U1
Application number: DE29716880U
Authority: DE
Original assignee: Steinel GmbH and Co KG
Current assignee: Steinel GmbH and Co KG
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2007-09-20

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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GEBRAUCHSMUSTER

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(54) Titel/Title:

Pyroelektrische Detektorvorrichtung

(71) Anmelder/in /Applicant:

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) -Patentanwälte-Heinrich-Weber-Platz 1 D-78224 Singen

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Pvroelektrische Detektorvorrichtung

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

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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.

TABELLE 1

Bewegungsrichtung
(Pfeilrichtung in Fig. 6)

Sensortyp: 1 (Elementgeometrie)

Fig. 3 ++

Fig. 4 ++

Fig. 5 &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,

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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.

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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.

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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) ++

TABELLE 2

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

ANSPRUCHE

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.