DE3041737A1

DE3041737A1 - Infrarotnachweiseinrichtung

Info

Publication number: DE3041737A1
Application number: DE19803041737
Authority: DE
Inventors: Philip H. New Fairfield Conn. Mudge
Original assignee: Arrowhead Enterprises Inc New Milford Conn; Arrowhead Enterprises Inc
Current assignee: Cerberus AG
Priority date: 1979-11-13
Filing date: 1980-11-05
Publication date: 1981-08-27
Also published as: US4275303A; ES8201751A1; IT1129844B; IT8068732A0; CA1166329A; FR2526563B1; FR2469761A1; FR2469761B1; ES496734A0; GB2064108B; DE3041737C2; FR2526563A1; GB2064108A

Description

Anmelderin: Arrowhead Enterprises, Inc., New Milford, CT, USA

Infrarotnachweiseinri chtung

Die Erfindung betrifft eine Infrarotnachweiseinrichtung zur Erzeugung eines Alarmsignals entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannte passive Infrarotnachweiseinrichtungen dieser Art enthalten eine Linse zum Fokussieren von Wärmestrahlung auf eine Nachweiseinrichtung für Wärmestrahlung, sowie eine dieser Nachweiseinrichtung zugeordnete Einrichtung zur Erzeugung eines Nachweissignals, wenn eine plötzliche Änderung der Temperatur nachgewiesen wird, beispielsweise durch die von einer Person abgegebene Wärmestrahlung, die einen gegen unbefugtes Betreten zu schützenden Raum betritt. Bekannte Nachweiseinrichtungen dieser Art enthalten beispielsweise zum Nachweis der Wärmestrahlung eine pyroelektrische Nachweiseinrichtung.

Ein Problem bei bekannten passiven Infrarotnachweiseinrichtungen dieser Art besteht darin, daß es schwierig ist, Schutzzonen festzusetzen, bevor die Nachweiseinrichtung in Betrieb gesetzt wird. Die zu schützenden Zonen müssen dabei so eingeteilt werden, daß durch sonstige mögliche Wärmequellen kein falscher Alarm ausgelöst werden kann, weil jede ihre Temperatur verhältnismäßig schnell ändernde Oberfläche einen falschen Alarm auslösen könnte. Derartige Fehlerquellen sind z.B. Heizeinrichtungen., Glühbirnen oder Klimaanlagen.

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Um das Auslösen eines durch derartige Fehlerquellen verursachten Alarms zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, daß sich eine Person in dem zu schützenden Bereich bewegt, um die Infrarotnachweiseinrichtung so einjustieren zu können, daß keine Wärmestrahlung von Fehlerquellen auf die Nachweiseinrichtung gelangen kann. Wenn bei diesem Verfahren ein Alarmsignal erzeugt wurde, nachdem die Infrarotnachweiseinrichtung auf den zu schützenden Bereich fokussiert wurde, konnte davon ausgegangen werden, daß dann eine unbefugte Person in den zu schützenden Bereich eingedrungen ist. Derartige Versuche erfordernde Verfahren sind aber verhältnismäßig aufwendig und zeitraubend.

Ls ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Infrarotnachweiseinrichtung der eingangs genannten Art unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß einerseits keine aufwendigen Justierarbeiten erforderlich sind und daß andererseits ein zuverlässiger Nachweis des Vorhandenseins eines interessierenden Objekts in der zu schützenden Zone durchführbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beinhaltet eine verbesserte passive Infrarotnachweiseinrichtung, bei der die zu schützenden Zonen bestimmt werden bevor die Nachweiseinrichtung zur Erzeugung eines Alarmsignals aktiviert wird. Die Nachweiseinrichtung enthält eine Nachweiseinrichtung für Wärmestrahlung, eine Linse zum Fokussieren von Wärmestrahlung auf die Nachweiseinrichtung, sowie eine der Nachweiseinrichtung für Wärmestrahlung zugeordnete Einrichtung zur Erzeugung eines Nachweissignals oder Alarms in Abängigkeit von einer plötzlichen Temperaturänderung, die durch die Nachweiseinrichtung für Wärmestrahlung nachgewiesen wird. Eine derartige plötzliche Änderung der Temperatur kann beispielsweise durch die Wärmestrahlung verursacht werden, die durch eine in den zu schützenden Bereich eindringende Person verursacht wird.

Eine Lichtquelle für sichtbares Licht ist dabei in der Nachweiseinrichtung in der Nähe des Infrarotstrahlungsempfängers angeordnet. Von dieser Lichtquelle emittiertes Licht gelangt durch die Linse in Richtung der zu schützenden Zone. Der Strahlengang dieses Lichts

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verläuft neben dem Teil der Wärmestrahlung, die von der zu schützenden Zone abgestrahlt wird und auf den Infrarotempfänger fokussiert wird. Die Nachweiseinrichtung wird einjustiert bis ein Beobachter vor der Linse das Licht von der Lichtquelle sehen kann. Der Beobachter befindet sich dann in einer Zone, die durch die Nachweiseinrichtung überwacht wird. Deshalb trifft zum mindest ein Teil der von dem Beobachter abgegebenen Wärmestrahlung in dieser Zone auf die Linse auf und wird auf den Infrarotempfänger fokussiert. Wenn sich die Nachweiseinrichtung in ihrem Betriebszustand befindet, betätigt eine sich durch die eingerichtete Schutzzone bewegende unbefugte Person die Nachweiseinrichtung, so daß ein Alarmsignal etc. erzeugt werden kann.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Infrarotnachweiseinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine der Einrichtung in Fig. 1 entsprechende Vorderansicht, wobei das stirnseitige Gitter teilweise weggebrochen ist und Einzelheiten der elektronischen Schaltung nicht dargestellt sind;

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Vorderansicht, wobei jedoch die Linse entfernt ist;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung für das Ausführungsbeispiel in Fig. 1-3;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Linse für das Ausführungsbeispiel in Fig. 1-3; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Infrarotnachweiseinrichtung gemäß der Erfindung zur Erläuterung des Strahlengangs des sichtbaren Lichts und der Infrarotstrahlung.

Das in den Fig. 1-6 dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft eine an sich bekannte Infrarotnachweiseinrichtung, welche einen Infrarotempfänger, eine Linse zum Fokussieren von Wärmestrahlung auf den Infrarotempfänger sowie eine Einrichtung enthält, die auf den Infrarotempfänger anspricht, um ein Nachweis- oder Alarmsignal zu erzeugen, wenn durch den Empfänger eine plötzliche Temperaturänderung nachgewiesen wird, wie beispielsweise durch eine unbefugt eindringende Person verursacht wird. Bekannte Nachwexsexnrichtungen

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dieser Art enthalten beispielsweise ein pyroelektrisch.es Element (z.B. IR Modell 406, vertrieben von der Firma Eltec Instruments Ine), welches einen elektrischen Strom erzeugt, der proportional zu der Änderung der nachgewiesenen Temperatur ist. Obwohl jedoch bei dem noch zu beschreibenden Ausführungsbeispiel pyroelektrische Nachweiseinrichtungen verwendet werden, ist die Erfindung auch auf andere bekannte Raumschutzanlagen anwendbar, die andere Empfänger zum Nachweis von Infrarotstrahlung aufweisen.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer am Einsatzort installierten Infrarotnachweiseinrichtung 2_f mit einem Gehäuse 4, an dessen Stirnseite ein Gitter 6 entfernbar angeordnet ist. Das Gehäuse verjüngt sich zu der hinteren Wand 8. Auch für die Rückwand ist eine nicht dargestellte Einrichtung zur Befestigung am Einsatzort vorgesehen. Die hintere Wand 8 kann beispielsweise an einer Wand derart angeordnet werden, daß das Gitter 6 zu dem zu schützenden Bereich weist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist hinter dem Gitter 6 eine Fresnelsche Linse 10 angeordnet, die einen Randbereich 12 aufweist, der an einem Rahmen 24 (Fig. 3) befestigt ist. Die Linse enthält einen oberen Abschnitt 14, der als Fernfeldlinse bezeichnet wird, sowie einen unteren Abschnitt 16, der als Nahfeldlinse bezeichnet wird. Die beiden Linsenabschnitte sind in eine Anzahl von Feldern 14a und 16a unterteilt, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist. Sowohl die oberen als auch die unteren Linsenabschnitte können Kollimatorlinsen sein. Der Randbereich 12 ist an dem Rahmen 24 durch Schrauben 22 befestigt. Mit Hilfe von Klemmen 20 sind Batterien 18 auf eher Seite der Linse 10 in dem Gehäuse angeordnet.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, bildet der Rahmen 24 den Randbereich eines vorne offenen pyramidenförmigen inneren Gehäuses 26, das in dem größeren Gehäuse 4 angeordnet ist. Die Seitenwände 28, 30, 32 und 34 dieses Gehäuses 26 konvergieren deshalb zu einer hinteren Wand 36. Diese hintere Wand ist an der Wand 8 des Gehäuses 4 angeordnet, und es ist eine Einrichtung zur gelenkigen Anordnung des inneren Gehäuses 26 an der Wand 36 vorgesehen. Deshalb ist die Linse 10 relativ zu der Wand 36 des inneren Gehäuses 26 beweglich.

Ein Infrarotempfänger 38 und eine Lichtquelle 40 zum Emittieren

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von sichtbaren Licht sind auf der Vorderseite der Wand 36 angeordnet. Sowohl der Empfänger als auch die Lichtquelle sind derart angeordnet, daß sie zu der Vorderseite des größeren Gehäuses 4 weisen. Die Lichtquelle 40 ist in der Nähe des Empfängers 38 angeordnet. Sowohl der Empfänger als auch die Lichtquelle sind hinter der Linse 10 angeordnet, wenn die Linse an dem inneren Gehäuse angeordnet ist.

Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle 40 eine Leuchtdiode, der eine elektrische Schaltung zur wahlweisen Erregung zugeordnet ist. Als Lichtquelle kann jedoch auch irgendeine andere sichtbares Licht emittierende Lichtquelle vorgesehen werden. Wie im folgenden noch näher erläutert werden soll, ermöglicht die Lichtquelle 40 den Benutzer der Infra rotnachweiseinrichtung die Bestimmung der zu schützenden Bereiche bevor die Nachweiseinrichtung aktiviert wird.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltung der Nachweiseinrichtung. Der Infrarotempfänger 38 kann beispielsweise ein an sich bekanntes pyroelektrisches Element sein. Spezielle elektronische Schaltungen für derartige zum Raumschutz dienende Einrichtungen sind an sich bekannt (US-PS 3 92 8 843, 3 839 640 und 3 703 718).

Die Schaltung in Fig. 4 enthält eine Spannungsquelle 42, die über einen Umschalter 43 entweder an ein Relais 44 oder an die Lichtquelle 40 angeschlossen werden kann. Wenn die Spannungsquelle an die Lichtquelle 40 angeschlossen wird, wird an das Relais keine Spannung angelegt, so daß dieses nicht erregt wird, wobei es ein Nachweissignal übertragen kann, das einer Alarmanlage zuführbar ist. Die Alarmanlage kann beispielsweise ein Schaltfeld enthalten, in dem ein Schalter vorgesehen ist, um die Weitergabe eines Signals an eine zugeordnete nicht dargestellte Alarmeinrichtung zu verhindern. Deshalb kann die Lichtquelle 4O eingeschaltet und zum Einjustieren der Nachweiseinrichtung verwendet werden, ohne daß dabei ein Alarmsignal erzeugt wird. Sobald die Alarmeinrichtung einjustiert ist, wird durch Betätigung des Umschalters 43 dem Relais 44 die Betriebsspannung zugeführt, so daß das Relais dadurch erregt wird.

Der Empfänger 38 ist mit dem Relais 44 über Verstärker 38,41 und

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einen Komparator 45 verbunden. Wenn eine eindringende Person durch den Empfänger nachgewiesen wird, wird das Relais 44 durch den Empfänger entaktiviert, so daß ein Nachweissignal an die Alarm-Steuerschaltung weitergegeben wird. Da die Steuerschaltung eine Einrichtung enthält, durch die die Weitergabe des Alarmsignals verhindert wird, kann die Erzeugung eines Alarms nicht nur beim Einjustieren sondern auch zu anderen gewünschten Zeitpunkten verhindert werden, beispielsweise wenn die in einem Geschäftsraum angeordnete Raumschutzanlage während der Geschäftsstunden keinen Alarm verursachen soll. Weder das Alarmsteuerfeld noch die Alarmeinrichtung bilden einen Teil der Nachweiseinrichtung. Die Nachweiseinrichtung kann auch einen Tastenschalter enthalten, welcher das Relais 44 entaktiviert, wenn das Gitter 6 von der Nachweiseinrichtung entfernt wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 soll die Arbeitsweise des beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die schematische Darstellung in Fig. 6 betrifft die Wirkungsweise eines einzigen oberen Linsenfelds 14a und eines einzigen unteren Linsenfelds 16a bei Bestrahlung mit Licht bzw. Infrarotstrahlung.

Die Nachweiseinrichtung kann an der Wand eines zu schützenden Raums angeordnet werden. Bei abgenommenem Gitter wird die Lichtquelle 40 durch den Schalter 43 mit der Spannungsquelle verbunden. Obwohl dann das Relais 44 ein Nachweissignal weiterleitet, wenn sich der Schalter in dieser Lage befindet, wird in dem Alarmsteuerfeld die Erzeugung eines Alarmsignals verhindert während des Einjustierens der Nachweiseinrichtung. Das von der Lichtquelle emittierte Licht 46 wird über das untere Linsenfeld 16a in den durch die Nachweiseinrichtung zu schützenden Bereich übertragen.

Die Linse 10 enthält ein Fernfeld 14a (oberer Linsenbereich) und ein Nahfeld 16a (unterer Linsenbereich). Die Wellenform 48 in Fig. 6 betrifft den Teil der Wärmestrahlung von einem Körper in einem Nahfeld (durch einen Pfeil 50 dargestellt), der auf den Empfänger 38 fokussiert wird, während die Wellenform 52 den Teil der Wärmestrahlung von einem Körper in einem Fernfeld (Pfeil 54) betrifft, der auf den Empfänger 38 fokussiert wird. Die von dem Nahfeld (Wellenform 48) abgestrahlte Wärmestrahlung trifft den Nahfeldbereich 16a der Linse 10 und wird auf den Empfänger 38 fokussiert.

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Die von dem Fernfeld (Wellenform 52) abgestrahlte Wärmestrahlung trifft auf den Fernfeldbereich 14a der Linse 10 und wird auf den Empfänger 38 fokussiert. Deshalb wird die Körperwärme einer in das Nahfeld oder das Fernfeld eindringenden Person durch den Infrarotempfanger nachgewiesen.

Außer zur Überwachung des Nahfelds dient der Nahfeldbereich 16a zur Ausrichtung für sichtbares Licht (Wellenform 46) von der Licht quelle 40. Die Lichtquelle ist relativ zu dem unteren Linsenbereich 16a und den Empfänger 38 derart angeordnet, daß vor dem unte ren Linsenbereich 16a das kollimierte Licht (Wellenform 46) von der Lichtquelle 40 parallel zu dem Teil der Strahlung (Wellenform 52) von dem Fernfeld 54 verläuft, der auf den Empfänger 38 durch den oberen Linsenbereich 14a fokussiert wird.

Die Lichtquelle 40 wird zur Bestimmung der durch die Nachweiseinrichtung zu schützenden Zonen verwendet, bevor die Nachweiseinrichtung in Betrieb gesetzt wird. Nach der Montage des größeren Gehäuses 4 stellt sich ein Beobachter in eine Zone, die geschützt werden soll. Die Lichtquelle 40 wird angeschaltet und das innere Gehäuse 26 wird einjustiert bis der Beobachter die Lichtquelle durch den unteren Linsenbereich 16a sieht. Sobald der Beobachter die Lichtquelle sieht, befindet er sich in eher Zone, die durch die Nachweiseinrichtung überwacht wird. Dann verläuft ein Teil der Wärmestrahlung von dem Beobachter aus dieser Position oder Zone parallel zu dem Licht, das von der Lichtquelle zu der Linse emittiert wird, trifft auf den oberen Linsenbereich 14a auf und wird auf den Infrarotempfänger fokussiert. Alle Positionen, von denen die Lichtquelle sichtbar ist, sind durch die Nachweiseinrichtung überwachte Zonen.. Da sowohl die Nahfeldlinse als auch die Fernfeld linse in eine gleiche Anzahl von gleichen Teilen 14a bzw. 16a unterteilt ist (Fig. 5), kann eine entsprechende Anzahl überwachter Zonen bestimmt werden.

Wenn festgestellt wird, daß eine der Zonen ein Objekt enthält, durch dessen Strahlung ein falscher Alarm erzeugt werden könnte, kann das den Linsenabschnitt enthaltende innere Gehäuse etwas entweder horizontal oder vertikal verstellt werden, um diese Fehlerquelle auszuschalten. In gewissen Fällen ist es zweckmäßig, die Zone auszuschalten, in deren Blickfeld die mögliche Fehlerquelle

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liegt. Dies kann dadurch erfolgen, daß das betreffende Linsensegrnsnt abgedeckt wird, beispielsweise durch eine zugeschnittene Materialschicht, die über dem betreffenden Linsenabschnitt angeordnet wird.

Sobald alle zu überwachenden Zonen in der beschriebenen Weise bestimmt sind, wird das Gitter 6 an der Stirnfläche des Gehäuses 4 angeordnet, so daß dann der Umschalter 4 3 von der Lichtquelle 40 auf das Relais 44 umgeschaltet wird. Dann wird die Alarmsteuereinrichtung so eingestellt, daß ein dort von dem Relais empfangenes Nachweissignal ein Alarmsignal erzeugt. Die Infrarotnachweiseinrichtung befindet sich dann in ihrem betriebsbereiten Zustand, so daß beim Eindringen einer Person der Alarm ausgelöst wird.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist nur eine einzige Lichtquelle zur Bestimmung der Lage des Fernfelds vorgesehen. Es kann jedoch auch eine zweite Lichtquelle zur Bestimmung der Lage des Nahfelds über den Fernfeldbereich der Linse vorgesehen werden. In diesem Fall wird die zweite Lichtquelle relativ zu der Fernfeldlinse und dem Infrarotempfänger angeordnet, so daß Licht von der zweiten Lichtquelle durch die Fernfeldlinse hindurchtritt und parallel zu dem Anteil der Strahlung verläuft, der durch die Nahfeldlinse auf den Infrarotempfänger fokussiert wird.

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Claims

Patentansprüche

Infrarotnachweiseinrichtung zur Erzeugung eines Alarmsignals
mit Hilfe eines Infrarotempfängers, auf den von einem Körper
in einer zu überwachenden Zone Infrarotstrahlung auftrifft,
mit einer vor dem Infrarotempfänger angeordneten Linse, welche die von dem Körper abgegebene Strahlung auf den Infrarotempfänger fokussiert, sowie mit einer mit dem Infrarotempfänger verbundenen Einrichtung zur Erzeugung eines Alarmsignals, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (40) für sichtbares Licht in der Nähe des Infrarotempfängers (38) angeordnet ist, daß die Linse (10) einen
ersten derart angeordneten Linsenabschnitt aufweist, daß von
einer ersten zu schützenden Zone empfangene Infrarotstrahlung darauf auftrifft und ein Teil dieser Strahlung auf den Infrarotempfänger (38) fokussiert wird, sowie einen zweiten derart angeordneten Linsenabschnitt, daß ein von einer zweiten zu
schützenden Zone darauf auftreffender Anteil der Strahlung auf den Infrarotempfänger fokussiert wird, daß der zweite Linsenabschnitt relativ zu der Lichtquelle (40) und dem Infrarotempfänger (38) derart angeordnet ist, daß von der Lichtquelle
emittiertes Licht durch den zweiten Linsenabschnitt hindurchtritt und parallel zu dem Anteil der Strahlung aus der ersten Zone verläuft, welche durch den ersten Linsenabschnitt auf den

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Infrarotempfänger fokussiert wird, und daß die erste Zone durch Einjustierung der Nachweiseinrichtung derart bestiiniribar ist, daß von der Lichtquelle (40) emittiertes Licht in der ersten Zone beobachtet wird.
2. Infrarotnachweiseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ ei chn et, daß die Oberkante des zweiten Linsenabschnitts einstückig mit der Dnterkante des ersten Linsenabschnitts verbunden ist.
3. Infrarotnachweiseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenabschnitte (14, 16) in eine Anzahl von Feldern (14a,16a) zur Überwachung unterschiedlicher Zonen verteilt sind.
4. Infrarotnachweiseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenabschnitte durch Kollimatorlinsen gebildet sind.
5. Infrarotnachweiseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch ge kennzeichnet, daß der Lichtquelle (40) ein Umschalter (43) zugeordnet ist, um die Lientquelle nach Bestimmung der ersten Zone abzuschalten.
6. Infrarotnachweiseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur beweglichen Anordnung der Linse relativ zu dem Infrarotempfänger und der Lichtquelle vorgesehen ist.
7. Infrarotnachweiseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Leuchtdiode ist.

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