DE3440739C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meldeeinrichtung zur Raumüberwachung mit wenigstens einem Sensor für elektromagnetische, insbesondere infrarote Strahlung, einer Strahlenoptik, die die in die Meldeein­ richtung einfallende Strahlung auf den Sensor fokussiert, sowie einer Signalauswerteschaltung, deren elektronische Bauelemente auf einer Leiterplatte angeordnet sind.

Meldeeinrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der DE-OS 31 28 256 bekannt. Obgleich sich diese Meldeeinrichtungen sehr gut bewährt haben, kommt es doch hin und wieder vor, daß sie Fehlalarm auslösen, wenn hochfrequente Störsignale auftreten und zu den Sensoren gelangen. Derartige Störsignale sind häufig CB-, Taxi- und/oder Polizeifunksignale, oder sie rühren von örtlichen Rundfunk- und Fernsehsendern, aber auch von Flugfunkfeuern und sonstigen Hochfrequenzquellen her.

Insbesondere dann, wenn gängige hochohmige IR-Detektoren mit inte­ grierter Verstärkerschaltung verwendet werden, die FET's benutzen, entstehen bei Hochfrequenz-Einstrahlungen Modulationen, die ein Ausgangssignal erzeugen, ohne daß der Sensor mit einem Nutzsignal beaufschlagt wurde.

Zur Hochfrequenzabschirmung wurden bereits Abschirmbleche verwen­ det, die jedoch einen hohen Herstellungsaufwand erfordern und die Justierung der Sensoren auf die optische Achse erschweren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meldeeinrich­ tung mit sicher gegen Hochfrequenzeinstrahlung abgeschirmten Sen­ soren und der mit ihnen integrierten Schaltungsteile bei gleich­ zeitig einfacher Bauweise insbesondere im Hinblick auf den Her­ stellungsaufwand und die Ausrichtbarkeit der Sensoren zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Sensor bzw. die Sensoren bilden mit dem Abschirmgehäuse ein einheitliches Bauelement, das bei der Bestückung einer Leiter­ platte wie andere Schaltungsbauteile behandelt und im selben Ar­ beitsgang mit der Leiterplatte verlötet werden kann. Zusätzlich zu einer sicheren Abschirmung gegen Hochfrequenzeinstrahlung des Sensors bzw. der Sensoren - das Infraroteintrittsfenster besteht aus Germanium und läßt nur einen begrenzten, definierten Frequenz­ bereich durch - ist der Sensor bzw. sind die Sensoren auf Grund der definierten und festen Anordnung in dem Abschirmgehäuse durch die entsprechende Befestigung dieses Bauelements auf der Platine auf die optische Achse justiert, ohne daß nachträglich ein Ausrichten erforderlich wäre. Dies ist insbesondere auch für die Reparatur bzw. den Austausch des Sensorelements von Bedeutung, da lediglich das gesamte Bauelement von der Platine entfernt und das reparierte bzw. neue Bauelement oder neue Einjustierung auf die Platine ge­ bracht werden kann.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Meldeeinrichtung be­ steht darin, daß das Abschirmgehäuse selbst die Halterung des Sen­ sors bzw. des Sensorelements darstellt, so daß dieser bzw. dieses bezüglich der Leiterplatten-Ebene senkrecht und damit direkt in Einfallrichtung der Infrarotstrahlung angeordnet werden kann. Ge­ genüber herkömmlichen Anordnungen, bei denen der Sensor auf der Platine verlötet wurde, können aufwendige optische Umlenkeinrich­ tungen, wie Umlenkspiegel, Prismen usw., eingespart und zusätzli­ che Ausricht- und Justiermaßnahmen umgangen werden.

Die Anschlüsse für den Sensor bzw. für die Sensoren und/oder für den integrierten Verstärker sind über Durchführungskon­ densatoren aus dem Abschirmgehäuse herausgeführt. Auf diese einfache Weise kann wirkungsvoll verhindert werden, daß Stör­ signale über die Anschlüsse in das Abschirmgehäuse gelangen.

Im Hinblick auf die heutige Hybrid-Technik und Integrations­ möglichkeit werden Sensoren häufig zusammen mit einer Ver­ stärkerschaltung in einem Sensorelement gefertigt. Insbesondere die in einer solchen Verstärkerschaltung verwendeten FETs sind ebenfalls gegen HF-Störsignale sehr empfindlich. Es entstehen Modulationen, die ungewollt Ausgangssignale und damit Fehl­ alarme erzeugen. Da diese Schaltungsteile erfindungsgemäß ebenfalls gegen HF-Einstrahlungen geschützt sind, sind derar­ tige Fehlalarme vermieden oder zumindest wesentlich verrin­ gert.

Aus der DE-OS 32 18 627 ist eine elektrische Abschirmung von opto-elektrischen Wandlern bekannt, bei der ein lichtempfind­ liches Bauelement, der Sensor, innerhalb eines Metallgehäuses angeordnet ist, das ein elektrisch leitendes Infrarot-Ein­ trittsfenster aufweist, durch das die Infrarotstrahlung auf den Sensor gelangt. Derartige bekannte Bauelemente werden im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet, indem im Abschirmgehäuse das an sich bekannte Sensorelement in ent­ sprechenden Öffnungen desselben angeordnet ist. Der DE-OS 32 18 627 ist kein Hinweis zu entnehmen, das Sensorelement bzw. die Sensorelemente in einem Abschirmgehäuse anzuordnen und dieses Gehäuse als einheitliches Bauelement mit Lötfahnen auszubilden, so daß das Abschirmgehäuse als Ganzes wie ein Bauelement behandelt und auf einer Leiterplatte befestigt werden kann, so daß damit die bereits erläuterten Vorteile erzielt werden.

Eine weitere Verbesserung der Abschirmeigenschaften ergibt sich gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß die Sensor- bzw. Verstärkeranschlüsse innerhalb des Abschirmgehäuses über Kon­ densatoren mit dem Abschirmgehäuse selbst verbunden sind. Auf diese Weise werden gegebenenfalls doch noch ins Abschirmgehäuse eindringende HF-Störsignale unschädlich gemacht.

Verstärkt wird dieser Effekt noch durch eine weitere Ausführungs­ form der Erfindung, gemäß der Ferritperlen innerhalb des Ab­ schirmgehäuses auf die Sensor- bzw. Verstärkeranschlüsse aufge­ steckt sind. Diese Ferritperlen wirken als Serieninduktivitäten und zusammen mit dem zwischen dem Abschirmgehäuse und den An­ schlüssen liegenden Kondensator jeweils als Tiefpaß.

Zusätzlich oder alternativ können auch Ferritperlen vorgesehen sein, die außerhalb des Abschirmgehäuses auf die Anschlußstifte aufgesteckt sind. Auch dadurch ergibt sich eine zusätzliche Sicherheit gegenüber durch HF-Störsignale erzeugte Fehlalarme.

Um das Abschirmgehäuse möglichst zuverlässig gegen HF-Einstrahlung zu sichern, besteht es vorteilhafterweise aus zwei sich über­ lappenden Gehäuseteilen. Durch Lappen an den Gehäuseteilen bzw. durch gefiederte Gehäuseteile ergibt sich eine sichere mechanische und elektrische Verbindung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische, stark vergrößerte Darstellung eines die Sensoren, die Verstärkerschaltung und das Abschirmgehäuse umfassenden Bauelements für die Anordnung auf einer Leiter­ platte, im wesentlichen im Querschnitt und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der gesamten Meldeeinrich­ tung, die die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die erfin­ dungsgemäße Anordnung in Form eines selbständigen, abgeschlossenen Bauelements 1, wie es auf der Platine oder Leiterplatte 3 ange­ bracht ist.

Ein Sensorelement 4 umfaßt zwei im Gegentakt arbeitende Sensoren 5, die mit einer Verstärkerschaltung 6 integriert sind. Über ein Germanium-Fenster 7 fällt elektromagnetische, insbesondere Infra­ rot-Strahlung auf die Sensoren 5 ein. Durch die dem Germanium- Fenster 7 abgewandte Rückseite 8 des Sensorelements 4 führen An­ schlußleitungen 9, 10, im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Versorgungsleitung für die Verstärkerschaltung 6 und die Leitung für das Ausgangssignal nach außen. Bei der Darstellung in Fig. 1 ist nur eine dieser Anschlußleitungen dargestellt bzw. sichtbar. Das Sensorelement 4 ist herkömmlicher Bauart, auf dem Markt er­ hältlich und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Sowohl die Sensoren 5 als auch die einen FET aufweisende Ver­ stärkerschaltung 6 sind gegen hochfrequente Störsignale und Ein­ strahlungen sehr empfindlich, was zur Auslösung von Fehlalarmen führt. Zur Abschirmung ist daher ein Sensor- oder Abschirmgehäuse vorgesehen, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus zwei Ge­ häusehälften 2 a und 2 b besteht und das Sensorelement 4 dicht gegen hochfrequente Einstrahlungen und Störstrahlungen abschirmt.

In einer Durchbrechung im Gehäuseteil 2 a ist das Sensorelement 4 eingesetzt. Die Außenwand 11 des Sensorelements 4 sowie das Germa­ nium-Fenster 7 bilden einen Abschluß gegenüber hochfrequenter Strahlung mit Ausnahme des Germanium-Fenster-Durchlaßbereichs von Wellenlängen zwischen 6 µ und 15 µ bei Einsatz der Meldeeinrich­ tung für den Infrarot-Bereich. Durch das Abschirm- bzw. Sensorge­ häuse 2 a, 2 b ist das gesamte Sensorelement 4 und sind insbesondere die Sensoren 5 und die Verstärkerschaltung gegenüber Hochfrequenz­ einstrahlung abgeschirmt.

Die beiden Gehäuseteile 2 a und 2 b können beispielsweise aus Stahl, Weißblech, Kupfer, Aluminium oder einem anderen Metall bestehen, wobei die Gehäuseteile ineinander gesteckt sind und miteinander durch elastische Lappen mechanisch und elektrisch fest verbunden sind. Die Gehäuseteile 2 a und 2 b bilden ein abgeschlossenes, hoch­ frequente Störstrahlung nicht durchlassendes Gehäuse. Ebenso ist das Sensorelement 4 im Paßsitz in der entsprechenden Öffnung im Gehäuseteil 2 a angeordnet, und am Außenumfang des Sensorelementes 4 liegt eine Auskragung 13 des Gehäuseteils 2 a hochfrequenzdicht an.

Die Anschlußleitung 9 bzw. 10 gelangt jeweils über einen Durch­ führungskondensator 14 aus dem Abschirmgehäuse 2 nach außen. Das Abschirmgehäuse 2 bildet mit dem Sensorelement 4 ein abge­ schlossenes, integriertes Schaltungsbauteil, das wie andere Bau­ elemente auch auf einer Platine oder Leiterplatte 3 angebracht werden kann. Dazu weist das Sensor- bzw. Abschirmgehäuse 2 wenig­ stens eine Lötfahne oder einen Lappen 15 auf, der vorzugsweise einstückig mit dem Gehäuse 2 ausgebildet ist und von diesem ab­ steht. Die Lötfahnen werden in dafür vorgesehene Bohrungen einer Leiterplatte 3 eingesetzt und mit dieser verlötet. Dadurch ergibt sich auf einfache Weise nicht nur eine Befestigung des Bauelemen­ tes auf der Leiterplatte, sondern auch eine definierte räumliche Ausrichtung des Bauelementes 1 und damit des Sensorelements 4 mit den Sensoren 5 gegenüber einer in Fig. 2 schematisch dargestellten sich an das Bauelement 1 anschließenden Strahlenoptik 20. Weiter­ hin wird durch die Fahnen 15 und deren Verlötung mit der Leiter­ platte eine sichere Verbindung des Gehäuses 2 mit Masse herge­ stellt.

In der Schnittzeichnung gemäß Fig. 1 ist lediglich eine Lötfahne 15 zu sehen. Zur definierten Richtung des Bauelements 1 sind je­ doch mindestens zwei Lötfahnen erforderlich.

Als Alternative zu den Lötfahnen 15 oder zusätzlich zu diesen ist es auch möglich, das Gehäuse 2 bzw. das Bauelement 1 etwa mit Schrauben an der Leiterplatte 3 zu befestigen. Andere Befesti­ gungsmöglichkeiten, wie die Verwendung von Nieten, sind ebenfalls denkbar, obgleich die Befestigung des Bauelements 1 mit Lötfahnen an der Leiterplatte 3 den Vorteil haben, daß das Bauelement 1 mit den übrigen Bauelementen (vgl. Fig. 2) beispielsweise in einem Tauchbad mit einem Arbeitsgang verlötet werden können und sich da­ durch sowohl eine gute elektrische als auch eine gute mechanische Verbindung mit der Leiterplatte 3 ergibt. Nach der Befestigung des Bauelementes 1 auf der Leiterplatte 3 ist eine Justierung der op­ tischen Achse nachträglich nicht mehr erforderlich.

Ein zusätzlicher Schutz des Sensorelements 4 bzw. der darin inte­ grierten Sensoren 5 und der mit einem FET ausgestatteten Ver­ stärkerschaltung 6 gegen hochfrequente Einstrahlung ergibt sich dadurch, daß zwischen der jeweiligen Anschlußleitung 9, 10 und dem Gehäuse 2 ein Kondensator 16 vorgesehen ist, der in Fig. 1 schema­ tisch dargestellt ist.

Zusätzlich zum Kondensator 16 ist innerhalb des Abschirmgehäuses 2 auf der Anschlußleitung 9 bzw. 10 eine Ferritperle 17 angebracht, die als Serieninduktivität wirkt. Der Kondensator 16 und die Fer­ ritperle 17 bilden zusammen einen Tiefpaß, der über die Leitungen eingestrahlte Hochfrequenzstörungen noch sicherer eliminiert und dadurch einen Fehlalarm noch unwahrscheinlicher macht.

Als alternative oder weitere Maßnahme zur Verhinderung einer hoch­ frequenten Einstrahlung in das Gehäuse über die Leitungen 9 bzw. 10 kann eine Ferritperle 18 verwendet werden, die außerhalb des Gehäuses 2 auf die Anschlußleitungen 9 bzw. 10 aufgebracht ist.

In Fig. 2 ist nochmals schematisch die Gesamtanordnung einer Meldeeinrichtung dargestellt, die die Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist. Auf der Leiterplatte 3 sind verschiedene Schaltungselemente 19 und das Bauelement 1 gemäß der vorliegenden Erfindung aufgelötet. Dadurch ergibt sich eine kostengünstige und bei der Herstellung mit geringem Aufwand zu fertigende Einplati­ nen-Lösung, bei der das die Sensoren 5 enthaltende Bauelement 1 zusammen mit den übrigen Bauteilen 10 auf die Leiterplatte 3 auf­ gelötet wird. Die Strahlungsoptik 20 befindet sich über der be­ stückten Leiterplatte 3 und fokussiert die bei Blickrichtung auf Zeichnungsebene von rechts einfallende Strahlung auf die Sensoren 5. Um die gesamte Anordnung herum befindet sich das Gehäuse 21 für die gesamte Meldeeinrichtung, indem sich, durch Füße 22 abge­ stützt, die eine Platine mit sämtlichen Schaltungsbauteilen und dem das Sensorelement umfassenden Bauelement 1 sowie die Strahlen­ optik in optimaler räumlicher Anordnung befindet. Die gesamte Mel­ deeinrichtung kann daher mit kleinen Abmessungen und arbeitsspa­ rend hergestellt werden.

Für den Fachmann sind selbstverständlich auch andere Ausführungs­ formen der vorliegenden Erfindung als die anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen denkbar. Beispielsweise können auch andere Sensor­ elemente 4 verwendet werden oder im Gehäuse weitere Schaltungsele­ mente enthalten sein, die gegenüber Hochfrequenzstrahlung sicher abgeschirmt werden sollen.

Claims (5)

1. Meldeeinrichtung zur Raumüberwachung mit wenigstens einem Sensor für elektromagnetische, insbesondere infrarote Strah­ lung, einer Strahlenoptik, die die in die Meldeeinrichtung einfallende Strahlung auf den Sensor fokussiert, sowie einer Signalauswerteschaltung, deren elektronische Bauelemente auf einer Leiterplatte angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein an sich bekanntes, ein geschlossenes hochfrequenzdichtes Gehäuse aufweisendes, den Sensor (5) darin enthaltendes Sensorelement (4) in einer Ausnehmung eines aus Metall bestehenden, geschlossenen Abschirmgehäuses (2 a, 2 b) hoch­ frequenzdicht eingesetzt ist,
• - das Abschirmgehäuse (2 a, 2 b) wenigstens eine Lötfahne (15) aufweist,
• - das Abschirmgehäuse (2 a, 2 b) mit der Lötfahne (15) auf der Leiterplatte (3) befestigt und mit Masse verbunden ist, und
• - Anschlüsse (9, 10) über Durchführungskondensatoren (14) aus dem Abschirmgehäuse (2 a, 2 b) herausgeführt sind.

2. Meldeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (9, 10) innerhalb des Abschirmgehäuses (2 a, 2 b) mit diesem über Kondensatoren (16) verbunden sind.

3. Meldeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (9, 10) innerhalb des Abschirmgehäuses (2 a, 2 b) mit Ferritperlen (17) versehen sind.

4. Meldeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Abschirmgehäuse (2 a, 2 b) herausragenden Anschlußstifte mit Ferritperlen (18) versehen sind.

5. Meldeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmgehäuse (2 a, 2 b) aus zwei sich überlappenden Gehäuseteilen besteht.