DE3128256A1

DE3128256A1 - Bewegungsmelder zur raumueberwachung

Info

Publication number: DE3128256A1
Application number: DE19813128256
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 8000 München Zierhut
Original assignee: HIRSCHMANN RADIOTECHNIK; RICHARD HIRSCHMANN RADIOTECHNISCHES WERK 7300 ESSLINGEN; Richard Hirschmann Radiotechnisches Werk
Current assignee: Richard Hirschmann & Co 7300 Esslingen De GmbH
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1981-07-17
Publication date: 1983-02-03
Also published as: DE3128256C2; EP0070364A3; EP0070364A2; US4529874A; JPS5818794A; EP0070364B1; ATE16055T1

Description

Die Erfindung betrifft einen Bewegungsmelder zur Raumüberwachung, bestehend aus einem wenigstens zwei Sensoren zur Aufnahme elektromagnetischer Strahlung insbesondere im Infrarot-Bereich über eine Optik zur Abbildung mindestens eines Gesichtsfeldes und einen nachgeschalteten Verstärker mit einer unteren Grenzfrequenz von ^ 1 Hz aufweisenden Strahlungsempfänger, sowie einer Auswerteschaltung zur Auslösung eines Alarms bei Änderung der Strahlungsintensität und einer Alarmeinheit.

Ein derartiger Bewegungsmelder ist beispielsweise aus der DE-PS 25 37 38o bekannt. Er weist mehrere parallel geschaltete Sensoren (Strahlungsdetektorelemente) auf, deren jeder einer von mehreren Keulen (Segmenten) eines von mehreren Gesichtsfeldern (Abtastzonen) zugeordnet ist. Eine Auswerteschaltung bewirkt dann Alarm, wenn von sich zwischen den Segmenten bewegenden Körpern ausgestrahlte Energie von mehr als einem Sensor in einer bestimmten Zeitspanne empfangen wird. Dazu werden die wegen der Parallelschaltung stets positiven Sensorspannungen über Differenzierglieder, Spannungsvergleicher und Integrierglieder auf ein Und-Gatter gegeben, dessen Ausgangssignal den Alarm steuert (siehe Fig. 2, 2 A₁ 2 B). Die Störanfälligkeit dieses bekannten Bewegungsmelders gegen Fehlalarme ist zwar gegenüber solchen mit nur einem Sensor merklich größer, reicht aber im Hinblick auf die praktische Bedeutung dieses wichtigsten Kriteriums einer Meldeanlage nicht aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Bewegungsmelder der eingangs genannten Art die Störsicherheit gegen Fehlalarme mit geringstmögliehem Aufwand zu erhöhen und dauerhaft sicher zu gewährleisten.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß jeweils zwei Sensoren im Gegentakt arbeiten, denen in jedem Gesichtsfeld zwei Strahlungskeulen zugeordnet sind, welche durch entsprechende Ausbildung der Optik im

Überwachungsbereich nebeneinander verlaufen und daß die Auswerteschaltung nur dann einen alarmauslösenden Steuerimpuls gibt, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer nacheinander sowohl' ein positiver, als auch ein negativer Spannungsimpuls am Ausgang des Strahlungsempfängers vorhanden sind.

Durch dieses auf besonders einfache und zweckmäßige Weise und praktisch ohne Mehraufwendungen gegenüber dem Stand der Technik realisierte Alarmkriterium ist eine optimale Störsicherheit gegen Fehlalarme erreicht, weil eine derartige Signalfolge durch unerwünschte Stör faktoren außerordentlich selten auftritt, während andererseits die Wahrscheinlichkeit der Erfassung einer als Alarm zu indizierenden Bewegung, z.B. eines unerwünschten Eindringlings, sehr groß ist. Aus der DE-PS 25 37 38o ist zwar das Aufeinanderfolgen positiver und negativer Impulse in der Auswerteschaltung bekannt; dabei ist jedoch die Störimmunität nicht verbessert, da dieselbe Impulsfolge wegen Verwendung von Gleichtaktsensoren auch durch unerwünschte Störeinflüsse erzeugt wird.

Grundsätzlich ist bei Bewegungsmeldern auch der Einsatz von Gegentaktsensoren bekannt, deren Aufgabe jedoch lediglich darin besteht, Gleichtaktsignale - wie sie z.B. von aufsteigender Warmluft erzeugt werden zur Verringerung von Fehlalarmen zu kompensieren. Beim Gegenstand der Erfindung ist dieser Kompensationseffekt automatisch mitbenutzt. Darüber hinaus sind jedoch die Gegentaktsensoren zur Erzeugung sauberer positiver und negativer Impulse vorgesehen, die in Verbindung mit den jeweils zugeordneten nebeneinander liegenden Strahlungskeulen das genannte Alarmkriterium ergeben.

Damit ist beim erfindungsgemäßen Bewegungsmelder insgesamt eine sehr hohe Immunität gegen Fehlalarme erreicht, die in vielen Fällen erst seinen sinnvollen praktischen Einsatz ermöglicht und in Ausführungsbeispielen Werte erreicht hat, die um bis zu 4o dB über denjenigen aus dem Stand der Technik bekannter vergleichbarer Bewegungsmelder liegen.

Ein zweckmäßiger Aufbau der Auswerteschaltung des erfindungsgemäßen Bewegungsmelders ist in Anspruch 2 angegeben, wobei im einfachsten Fall die beiden Signalwege durch zwei gegenphasig geschaltete Dioden gebildet sind. Diese bewirken in wünschenswerter Weise, daß Spannungs-

änderungen am Verstärkerausgang die Timer nur dann triggern, wenn sie die Schwellspannung der Dioden übersteigen, wodurch erreicht ist, daß nicht schon der unvermeidbare Rauschstörpegel Fehlalarme auslösen kann.

Bei gemäß Anspruch 3 komplementär aufgebauten Timern ist in vorteilhafterWeise eine Phasenumkehrstufe zur Erzeugung gegenläufiger Startimpulse einsparbar.

Die in der Auswerteschaltung benötigte Diodenwirkung ist in an sich bekannter Weise auch durch Verwendung eines Fensterdiskriminators mit fester Referenzspannung erreichbar. Eine derartige Schaltung weist jedoch den Nachteil auf, daß durch den Einschwingvorgang des Verstärkers eine extrem unsymmetrische Ansteuerung des Fensterdiskriminators und damit ein unerwünschter Alarm erfolgt, der entsprechend der Einschwingdauer der hier verwendeten Verstärker (etwa 3-5 Min. abhängig von der Stufenzahl) sehr lange andauert und beim Einschalten des Gerätes somit eine unerwünschte Verzögerung (z.B. der Arbeit des einschaltenden Service-Mannes) bewirkt. Gegebenenfalls ist zudem der Mehraufwand einer Schaltung zur Unterdrückung eines solchen Alarmes erforderlich. Vor allem aber entspricht bei einem solchen Fensterdiskriminator durch Streuungen der Bauelemente, Leckströme der Kondensatoren und ähnliche Effekte die Ausgangsspannung des Verstärkers auch nach der Einschwingzeit nicht immer dem Nominalwert, was wiederum zu einer unsymmetrischen Ansteuerung des Fensterdiskriminators und damit zur Auslösung von Fehlalarmen führt.

Diese Nachteile, die besonders schwerwiegend sind, weil sie der angestrebten Erhöhung der Störsicherheit gerade zuwiderlaufen, sind bei Verwendung eines Fensterdiskriminators mit "nachlaufendem Potential" gemäß Anspruch 4 auf einfache und kostengünstige Weise wirksam ver — mieden. Bei dieser Schaltung ist die Referenzspannung nicht starr, sie gleicht sich vielmehr ständig der sich ändernden Ausgangsspannung des Verstärkers an, sodaß dieser Fensterdiskriminator immer quasi-symmetrisch angesteuert wird und die beschriebenen Fehlalamie dadurch vermieden sind. Dabei ist die Angleichzeit durch entsprechende Bemessung der Bauteile so gewählt, daß ein optimaler Kompromiß zwischen dem Erreichen des Betriebszustandes einerseits und sicherer Alarmauslösung auch bei sich langsam bewegenden Objekten (Einbrecher) andererseits erreicht ist.

- Coin vorteilhafter Weise erfolgt dabei die Meldung eines uner ~ wünschten Eindringlings bereits nach Erreichen einer geringfügigen Änderung des beim Einschalten des Gerätes sich ein stellenden Pegels, da der Fensterdiskriminator bereits bei stark unsymmetrischer Ansteuerung arbeitet.

Wird der ohm'sche Widerstand statt am emitterseitigen am basisseitigen Anschluß der Transistoren über einen Kondensator an Masse gelegt, so kann die Kapazität des Kondensators in wünschenswerter Weise bei gleicher Wirkung um den Stromverstärkungsfaktor der Transistoren geringer gewählt werden.

Für den Fall, daß in der Schaltung kein Massepotential vorhanden ist, bietet die in Anspruch 5 beschriebene Maßnahme eine einfache Möglichkeit zur Verkürzung der angeführten Angleichzeit.

Die Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bewegungsmelders mit zwei Gegentaktsensoren und den beiden zugehörigen, im Überwachungsbereich nebeneinander verlaufenden Strahlungskeulen eines Gesichtsfeldes, wobei der Übersichtlichkeit halber weitere Gesichtsfelder weggelassen und ein vollständiges Schaltbild nur vom Fensterdiskriminator gezeigt ist, während die übrigen Einrichtungen lediglich symbolhaft dargestellt sind.

Der zur Überwachung geschlossener Räume auf Einbruch vorgesehene Bewegungsmelder besteht aus einem Strahlungsempfänger SE einer Aus— werteschaltung AS und einer Alarmeinheit AE. Die Optik weist zwei im Gegentakt geschaltete infrarotempfindliche Sensoren S,, S„ auf, die derart außerhalb des Brennpunktes eines Spiegel— oder Linsen— systems (symbolisiert durch die Linse L J angeordnet sind, daß die von ihnen ausgehenden beiden Strahlungskeulen K₁, K₂ .je Gesichtsfeld im Überwachungsbereich möglichst nahe nebeneinander verlaufen. Die von den Sensoren S , S„ empfangene Strahlung wird in einem Operationsverstärker V mit einer unteren Grenzfrequenz von ^ 1 Hz verstärkt und in der Auswerteschaltung AS verarbeitet, die aus einem Fensterdiskriminator mit dynamischer Referenzspannung, zwei von dessen Ausgangssignalen getriggerten Timern Z., Z_? und einem Ünd-Glied U aufgebaut ist, dessen Ausgangssignal die aus einem Relais R und einem Signalgeber SG (z.B. Sirene] bestehende Alarmeinheit steuert.

Dieser Bewegungsmelder gibt nur dann einen Alarm ab, wenn innerhalb einer mittels der Timer Z,, Z einstellbaren Zeitspanne nacheinander sowohl ein positives, als auch ein negatives Signal von den Sensoren geliefert wird. Das Zeitfenster ist hier mit etwa 3 see so gewählt, daB bei einer Brennweite der Optik von 4o ... loo mm die beiden Keulen im Überwachungsbereich etwa 1 m breit sind und der langsamste, mit einer Geschwindigkeit von etwa o,3 m pro see sich bewegende Einbrecher gerade einen positiven und einen negativen Impuls bewirkt.

Diese als Alarmkriterium gewählte Signalfolge wird mit großer Sicherheit von einem die. Strahlungskeulen K., K„ durchschreitenden unerwünschten Eindringling hervorgerufen, ist jedoch durch seine speziellen Bedingungen nur außerordentlich selten die Folge von Störeinflüssen, die keinen Alarm indizieren sollen.

Damit ist auf einfache und elegante Weise, sowie praktisch ohne Mehrkosten eine außerordentlich hohe Sicherheit gegen Fehlalarme gewährleistet.

Ergänzt und verstärkt ist diese Sicherheit noch durch den Einsatz und Aufbau eines dynamischen Fensterdiskriminators, der aus einem npn-Transistor T. und einem pnp-Transistor T„ besteht, deren Kollektoren über Arbeitswiderstände R., FL· an die beiden Pole der Betriebsgleichspannung £ U- angeschlossen, mit ihren Emittern und ihren Basen direkt miteinander verbunden sind, zwischen den gemeinsamen Basen und Emittern einen ohm'sehen Widerstand R aufweisen und emitterseitig über einen ahm'sehen Widerstand R. zur Einstellung der Triggeramplitude mit dem Verstärkerausgang, sowie basisseitig über einen Kondensator C mit Massepotential verbunden sind. Die Kapazität C und der Widerstand R sind dabei so bemessen, daß die durch die langsamste noch zu erfassende Störbewegung bewirkte Spannungsänderung am Ausgang des Verstärkers größer ist als diejenige am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R_ und dem Kondensator C. Der basisseitige Anschluß des Kondensators C bringt gegenüber einem emitterseitigen Anschluß den Vorteil, daß seine Kapazität um den Stromverstärkungsfaktor der Transistoren kleiner bemessen sein kann, Der beschriebene Fensterdiskriminator bewirkt nicht nur eine Vermeidung von Fehlalarmen durch den unvermeidlichen Rausch- Störpegel (wegen der Transistorschwellenspannung), sondern weist darüber hinaus den für den

praktischen Einsatz besonders wichtigen Vorteil auf, daß auch durch die sich ändernde Ausgangsspannung des Verstärkers V und die dadurch bedingte unsymmetrische Ansteuerung des Fensterdiskriminators hervorgerufene Fehlalarme wirksam verhindert sind, weil dessen Referenzspannung nicht starr ist, sondern sich ständig der sich ändernden Ausgangsspannung des Verstärkers angleicht. Die Angleichzeit ist mit etwa 2o Sekunden so gewählt, daß auch bei sich langsam bewegenden Einbrechern ein optimaler Kompromiß zwischen schnellem Erreichen des Betriebszustandes und sicherer Alarralösung gegeben ist.

Solange im überwachten Raumbereich keine Änderungen der Strahlungsintensität erfolgen, wird der Fensterdiskrimxnator absolut symmetrisch angesteuert, der Spannungspegel an den Basen der beiden Transistoren T₁, T„ ist wegen des Kondensators C (ca. 5 yuF) gleich demjenigen der Emitter, sodaß beide Transistoren gesperrt sind und damit keine Triggerimpulse für die beiden Timer Z._t Z₂ liefern, womit am Ausgang des Und-Gliedes U kein Steuersignal zur Auslösung eines Alarms erzeugt wird.

Bewegt sich indessen ein Einbrecher durch die Strahlungskeulen K., K„ der beiden Sensoren S₁ und S , so werden die beiden Transistoren nacheinander leitend und erzeugen Triggerimpulse für die Timer Z, und Zp, die wiederum, sofern sich der Einbrecher schnell genug durch das Gesichtsfeld bewegt, innerhalb der eingestellten Zeitspanne je ein positives und ein negatives Signal an das Und-Gatter U liefern, an dessen Ausgang dann ein alarmauslösendes Signal entsteht. Die Werte des R C — Gliedes sind dabei als Kompromiß so bemessen, daß einerseits beim Einschalten des Gerätes nur der Verstärker V und nicht auch der Fensterdiskriminator die Zeit bis zur Scharfschaltung bestimmt (R₃ . C möglichst klein) und zum anderen die Impulsanstiegszeit des Signals am Verstärkerausgang größer ist als diejenige des Signals an den Basen der Transistoren T,, T_, sodaß der Fensterdiskriminator noch einen durch einen sich sehr langsam bewegenden Einbrecher hervorgerufenen Mindestimpulsanstieg der Verstärkerausgangsspannung als Alarm indizieren kann (R . S möglichst groß).

Der beschriebene Bewegungsmelder weist trotz des einfachen und kostensparenden Aufbaus eine äußerst geringe Anfälligkeit gegen Fehlalarme und damit eine optimale Eignung für seinen bestimmungsgemäßen Einsatz auf.

Claims

fIJ Bewegungsmelder zur Raumüberwachung, bestehend aus einem wenigstens zwei Sensoren zur Aufnahme elektromagnetischer Strahlung, insbesondere im Infrarotbereich, über eine Optik zur Abbildung mindestens eines Gesichtsfeldes und einen nachgeschalteten Verstärker mit einer unteren Grenzfrequenz von ^ 1 Hz aufweisenden Strahlungsempfänger, sowie einer Auswerteschaltung zur Auslösung eines Alarms bei Änderung der Strahlungsintensität und einer Alarmeinheit,

dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Sensoren (S₁, S ) im Gegentakt arbeiten, denen in jedem Gesichtsfeld zwei Strahlungskeulen (K,, K_) zugeordnet sind, die durch entsprechende Ausbildung der Optik im Übertragungsbereich nebeneinander verlaufen und daß die Auswerteschaltung (15) nur dann einen alarmauslösenden Steuerimpuls abgibt, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer nacheinander sowohl ein positiver als auch ein negativer Spannungsimpuls am Ausgang des Strahlungsempfängers (SE) vorhanden sind.

2, Bewegungsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung jeweils einen Signalweg für positive und negative Signale mit je einem vorzugsweise als Timer ausgebildeten Zeitglied (Z₁, Z₂) zum Einstellen der Signalflußdauer aufweist, deren Ausgänge mit den Eingängen eines die Alarmgabe steuernden Und-Gliedes (u) verbunden sind.

3, Bewegungsmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Timer (Z₁, Z_) komplementär aufgebaut sind.

4, Bewegungsmelder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Timer (Z,, Z„) von den Ausgangsimpulsen eines Fensterdiskriminators getriggert sind, welcher zwei komplementäre Transistoren (T₁, T2) aufweist, deren Emitter und Basen zusammengeschaltet und über einen ohm'sehen Widerstand (R,,) verbunden sind, der - vorzugsweise am basisseitigen Anschluß - über einen Kondensator (c) an Masse liegt, wobei dessen Kapazität und der Wert des

Widerstandes (PL) so bemessen sind, daß die durch die langsamste noch zu erfassende Störbewegung bewirkte Spannungsänderung am Ausgang des Verstärkers (v) größer ist als diejenige am Verbindungspunkt zwischen Kondensator (c) und Widerstand (fO .

5. Bewegungsmelder nach Anspruch 4„ dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C) aus zwei Teilkondensatoren besteht, deren gemeinsamer Anschluß mit den zusammengeschalteten Basen der Transistoren (T,, T„) und deren anderer Anschluß mit dem positiven bzw. dem negativen Pol der Betriebsgleichspannungsquelle (^ Ug) verbunden ist.