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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen Infrarot-Einbruchdetektor mit einem
von einem Gehäuse umschlossenen Infrarot-Sensor und einer optischen Anordnung, welche
durch ein infrarotdurchlässiges Eintrittsfenster in das Gehäuse aus bestimmten Empfangsbereichen
eintretende Infrarot-Strahlung auf den Sensor richtet, sowie mit einer mit dem Sensor
verbundenen Auswerteschaltung, welche ein Signal abgibt, wenn sich das Ausgangssignal
des Sensors in bestimmter Weise ändert, wobei das Gehäuse eine Infrarot-Strahlungsquelle
aufweist, die derart ausgebildet und angeordnet ist, dass deren Strahlung nach Durchsetzung
des Eintrittsfensters auf den Sensor auftrifft, und die Auswerteschaltung so ausgebildet
ist, dass sie zusätzlich ein Signal abgibt, wenn der Sensor eine in bestimmter Weise
verminderte Strahlung von der Strahlungsquelle erhält.
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Solche Infrarot-Einbruchdetektoren sind z.B. aus der GB-A-2 141 228
bekannt und dienen dazu, ein in einen überwachten Bereich eingedrungenes Objekt,
z.B. einen Eindringling, mittels der von diesem ausgesandten oder geänderten Infrarot-Strahlung
zu detektieren und über die Auswerteschaltung ein Alarmsignal auszulösen.
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Zum Schutz der optischen Anordnung und des Sensors vor Beschädigung
oder Verstaubung. sowie zur unauffälligen Plazierung des Detektors im überwachten
Raum ist dabei das Gehäuse des Detektors in Einstrahlungs-Richtung durch ein infrarotdurchlässi3es
Fenster abgeschlossen, das für die nachzuweisende Strahlung,
z.B.
die Körperstrahlung eines Menschen im Wellenlängenbereich um 10 um, z.B. im Gebiet
von 5-10 um durchlässig ist. Durch die zusätzliche Infrarot-Strahlungsquelle wird
dabei erreicht, dass die Funktionsfähigkeit des Detektors laufend überwacht wird.
Eine Funktionsstörung des Sensors oder der Auswerteschaltung wird durch die Verminderung
des elektrischen Antwortsignals auf einen Infrarot-Strahlungspuls unverzüglich entdeckt
und löst ein Störungs-Signal aus. Ebenso wird jeder Versuch, den Detektor zu sabotieren
und für die Detektion eines Eindringlings unempfindlich zu machen, z.B. durch Besprühen
der Abschlussscheibe, bzw. des Eintrittsfensters des Gehäuses mit einem für Infrarot-Strahlung
undurchlässigen Spray, in gleicher Weise als Störung signalisiert.
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Um bei solchen vorbekannten Detektoren einen echten, von einem Einbrecher
verursachten Alarmzustand von einer Störung unterscheiden zu können, muss die Bestrahlung
des Sensors in beiden Fällen unterschiedlich sein, und die Auswerteschaltung muss
in der Lage sein, die beiden Bestrahlungsarten getrennt auszuwerten und anzuzeigen.
Dazu kann entweder die Strahlung der zusätzlichen Strahlungsquelle in bestimmter
Weise moduliert und die Auswerteschaltung auf diese Modulation abgestimmt sein,
was einen erheblichen Schaltungsaufwand erfordert, oder die - optische Anordnung
ist eingerichtet, eine Anzahl begrenzter Empfangsfelder zu erzeugen, wie z.B. aus
US-A-3 703 718, US-A-4 058 726 oder EP-A-25 188 bekannt, und die Auswerteschaltung
detektiert spezifisch und selektiv eine durch Bewegung eines Einbrechers durch einen
Empfangsbereich erzeugte Bestrahlungsänderung des Sensors und liefert nur dann ein
Alarmsignal, wenn diese Bestrahlungsänderung eine bestimmte vorgegebene Form besitzt.
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Auch dies erfordert einen erheblichen Aufwand.
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Andererseits ist aus US-A-4 339 748 und anderen Publikationen bereits
ein Infrarot-Einbruchdetektor bekannt, bei dem der Infrarot-Sensor als Dual-Sensor
mit zwei gegeneinander geschalteten oder antiparallel geschalteten Sensorelementen
ausgebildet ist. Wegen der geringen räumlichen Versetzung der beiden Sensorelemente
gegeneinander erzeugt daher jedes optische Element ein Paar von zwei eng benachbarten
Empfangsbereichen, die von einem Einbrecher mit einer kurzen Zeitdifferenz nacheinander
durchquert werden. Durch die Differenzschaltung der beiden Sensorelemente erhält
die Auswerteschaltung daher im Alarmfall kurz nacheinander mindestens je einen positiven
und negativen Impuls, der auf einfache Weise, z.B. mit einer Zeitfensterschaltung
zur Alarmsignalgabe ausgewertet werden kann, und zwar getrennt von anderen Signalen.
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Bei einem solchen, mit einem Dual-Sensor ausgerüsteten Infrarot-Einbruchdetektor
wäre die Verwendung einer zusätzlichen, den Sensor direkt bestrahlenden Strahlungsquelle
zur Störungs- oder Sabotageüberwachung jedoch unwirksam, da die Strahlungsquelle
beide Sensorelemente gleichmässig bestrahlen würde und das Ausgangssignal der Differenzschaltung
daher Null wäre, und eine Störung oder ein Sabotageversuch nicht erkannt werden
könnte.
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Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die genannten Nachteile des
Standes der Technik zu vermeiden, und einen Infrarot-Einbruchdetektor zu schaffen,
der einen Alarmzustand getrennt von einem Funktionsdefekt oder einen Sabotageversuch
sicher und zuverlässig und mit geringem Aufwand festzustellen und zu signalisieren
vermag.
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Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch ge-
löst, dass der Infrarot-Sensor
zwei Sensorelemente aufweist, die von der Infrarot-Strahlungsquelle unterschiedlich
bestrahlt und in einer Differenzschaltung verbunden sind.
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Um eine unterschiedliche Bestrahlung der beiden Sensorelemente zu
erreichen, kann die Strahlungsquelle mit Vorteil asymmetrisch zur Symmetrie-Ebene
der Sensorelemente angeordnet sein, z.B. seitlich versetzt am Rande oder in einer
Ecke der Strahlungseintrittsöffnung des Gehäuses, wobei das Eintrittsfenster in
der Oeffnung etwas zurückversetzt oder gegen die Gehäuse se-Vorderseite etwas geneigt
sein kann.
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Mit besonderem Vorteil kann im Gehäuse eine Bündelungs-Optik vorgesehen
sein, die die Strahlung der Strahlungsquelle auf den Sensor bündelt. Dafür kann
ein optisches Element der optischen Anordnung benützt werden, die ohnehin zum Empfang
externer Infrarot-Strahlung benötigt wird, oder aber mit Vorteil ein separates optisches
Element, welches asymmetrisch zur Symmetrie-Ebene der beiden Sensor-Elemente angeordnet
ist. In letzterem Falle kann dann die Strahlungsquelle auch symmetrisch angeordnet
sein, wobei auch hier eine unterschiedliche Bestrahlung der beiden Sensorelemente
sichergestellt ist.
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Die Störungsüberwachung kann dabei kontinuierlich erfolgen. In der
Auswerteschaltung ist dazu lediglich eine Kontrollschaltung erforderlich, die feststellt,
ob am Eingang, d.h. am Ausgang der Differenzschaltung, dauernd ein Signal ansteht.
Die Strahlungsquelle kann dabei mit Vorteil mit Gleichspannungsschritten angesteuert
werden, ohne die Alarmauswertung zu stören, die nur auf kurz aufeinanderfolgende
Impulse mit umgekehrter Polarität anspricht, und nicht auf eine Folge gleichartiger
Impulse. Die Störungsüberwachung kann jedoch auch periodisch während bestimmter
Testphasen erfolgen. Vorteilhaft ist dabei ein Impulsbetrieb mit einem Signal, das
dem von einem Einbrecher erzeugten Signal ähnlich ist. An der Auswerteschaltung
sind keine wesentlichen Aenderungen erforderlich, ausser einer Inverterstufe, die
bewirkt, dass in der Testphase kein Signal gegeben wird, wenn Strahlung der Strahlungsquelle
korrekt empfangen wird, jedoch Alarm signalisiert wird, wenn keine ausreichende
Strahlung eintrifft, umgekehrt wie im normalen Betriebs- und Ueberwachungszustand.
Ein spezieller Sabotageerkennungskanal ist dabei überflüssig.
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Die Erfindung wird anhand der in den Figuren wiedergegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen ersten Einbruchdetektor im Schnitt Fig.
2 einen zweiten Einbruchdetektor im Schnitt, Fig. 3 den zweiten Einbruchdetektor
in Perspektive.
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In Fig. list ein Infrarot-Einbruchdetektor dargestellt, der in einem
Gehäuse 1 mit einem Strahlungs-Eintrittsfenster 2 einen Infrarot-Sensor 3 und eine
optische Anordnung 4 aufweist, welche Strahlung aus einem überwachten Bereich 5
auf den Sensor 3 richtet oder bündelt.
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Das Eintrittsfenster 2 ist aus einem zumindest im Wellenlängenbereich
der menschlichen Körperstrahlung, d.h. im Bereich um 10 um, z.B. zwischen 5 und
15 um strahlungsdurchlässig, für sichtbares Licht jedoch mit Vorteil, wenn auch
nicht notwendigerweise, undurchlässig, und besteht z.B. aus geeignetem Kunststoffmaterial
oder einem Spezialglas. Der Sensor 3 ist im gleichen Wellenlängenbereich empfindlich
ausgebildet, z.B. als pyroelektrischer Sensor. Nötigenfalls kann vor dem Sensor
3 ein spezielles Infrarotfilter 6 zur Absorption anderer Wellenlängen vorgesehen
sein. Die optische
Anordnung 4 weist zweckmässigerweise eine Mehrzahl
nebeneinander angeordneter Spiegelsegmente auf, oder mehrere übereinanderliegende
Reihen von Spiegelsegmenten, mit denen eine Anzahl von Empfangsfeldern für den Sensor
erzeugt werden.
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Der Sensor 3 ist als Dual-Sensor mit zwei benachbarten Sensorelementen
ausgebildet, so dass die optischen Elemente Paare von benachbarten Empfangsfeldern
erzeugen, von denen je eines einem der beiden Sensorelemente zugeordnet ist. An
den Sensor 3 ist eine Auswerteschaltung angeschlossen, die spezifisch und selektiv
auf Strahlungsänderungen anspricht, wie sie von einem ein Empfangsbereichs-Paar
durchquerenden Eindringling erzeugt werden. Im einfachsten Fall besteht diese Schaltung
aus einer mit den beiden Sensorelementen des Strahlungssensors 3 verbundenen Differenzschaltung
7, die an eine Diskriminatorschaltung 8 angeschlossen ist Diese löst über eine Signalleitung
9 ein Alarmsignal aus, falls das Sensor-Ausgangssignal zwei in kurzem Zeitabstand
auftretende, ausreichend starke Impulse unterschiedlicher Polarität, d.h. einen
positiven und einen negativen Impuls aufweist, was die Bewegung eines Eindringlings
durch ein Empfangsbereichs-Paar anzeigt. Statt im Gehäuse 1 selbst kann die Auswerteschaltung
oder Teile derselben auch getrennt davon in einer Signalzentrale und mit Leitungen
damit verbunden vorgesehen sein.
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Ein Detektor dieser Art spricht auf Infrarotstrahlung solcher Art
an, wie sie von einer Person ausgestrahlt wird, nachdem diese in bestimmter Weise
moduliert wurde. Wird jedoch das Eintrittsfenster des Detektors mit einer lichtdurchlässigen,
d.h. praktisch unsichtbaren, jedoch infrarot-undurchlässigen Schicht bedeckt, was
in Unscharfstellung der Anlage während des Tages leicht mit einem Spray bewerkstelligt
werden kann, so empfängt der Sensor keine auswertbare Strahlung mehr, so dass die
Alarmanlage bei Scharfstellung unwirksam ist, ohne dass die Funktionsunfähigkeit
und der Sabotageversuch ohne weiteres erkennbar sind.
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Um diesen Nachteil zu beseitigen, weist der dargestellte Detektor
an der Gehäuse-Vorderseite 10 eine Infrarot-Strahlungsquelle 11 auf, die Strahlung
im gleichen Wellenlängenbereich emittiert, wie eine menschliche Person. Die Strahlungsquelle
kann beispielsweise als linearer oder als PTC-Widerstand, als Glühlampe oder als
LED ausgebildet sein. Das Eintrittsfenster 2 ist gegen die Strahlungsquelle 11 ein
wenig zurückgesetzt, so dass deren Strahlung das Eintrittsfenster 2 durchqueren
und nach Umlenkung durch das optische Element 5 auf den Sensor 3 auftreffen kann.
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Die Anordnung der Strahlungsquelle 11 ist nun so gewählt, dass sie
ausserhalb der Symmetrie-Ebene der beiden Sensorelemente liegt. Z.B.kann die Strahlungsquelle
am Rand der Eintrittsöffnung seitlich versetzt, d.h. ausserhalb der Mitte, oder
in einer Ecke der Oeffnung angebracht sein. Durch diese asymmetrische Anordnung
wird bewirkt, dass die beiden Sensorelemente unterschiedlich von der Strahlungsquelle
bestrahlt werden und am Ausgang der die beiden Sensorelemente verbindenden Differenzschaltung
ein von Null verschiedenes Signal auftritt, sofern alle Komponenten funktionsfähig
sind und das Eintrittsfenster infrarotdurchlässig ist. Bei kontinuierlichem Ueberwachungsbetrieb
kann dieses Kontrollsignal auf einfache Weise mittels einer Kontrollschaltung in
der Diskriminatorschaltung 8 ausgewertet werden, indem ein Störungssignal ausgelöst
wird, sobald das Kontrollsignal ausbleibt, und zwar getrennt und unabhängig von
der Alarmauswertung.
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Eine Funktionsprüfung kann jedoch auch in Testphasen, z.B. manuell
mit einem Testschalter am Detektor oder in der Signalzentrale ausgelöst werden,
oder aber automatisch mit einer Steuerschaltung periodisch oder in unregelmässigen,
statistisch verteilten Zeitabständen.
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Zweckmässigerweise wird ein Funktionstest automatisch bei jeder Scharfstellung
der Alarmanlage vorgenommen. Vorteilhaft ist es auch, einen Funktionstest nicht
nur während der Scharfstellung der Alarmanlage vorzusehen, sondern auch während
der Unscharfstellung, wenn sich Personen regelmässig im überwachten Bereich aufhalten
dürfen und somit Gelegenheit zu einem Sabotageversuch besteht. Die Funktionskontrolle
kann im übrigen auch von einem geeignet programmierten Mikroprozessor ausgelöst
und gesteuert werden. Der Einsatz einer programmierbaren Steuerung erlaubt zudem
noch besonders vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens. So kann beispielsweise
beim ersten Einschalten einer Alarmanlage nach der Installation die Intensität oder
Einschaltdauer der Strahlungsquelle bis zum Erreichen der für die Alarmauslösung
durch einen Eindringling erforderlichen Bestrahlung des Sensors festgestellt und
gespeichert werden. Bei jedem folgenden Funktionstest wird dann die Strahlungsquelle
mit diesen gespeicherten Betriebsdaten eingeschaltet. Auch eine differenziertere
Auswertung, z.B. mit mehreren Schwellenwerten wird auf diese Weise möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Strahlungsquelle 11 während
der Testphase über eine Treiberschaltung 12 kurzzeitig, z.B. während etwa einer
Sekunde eingeschaltet wird. Der Sensor wird dabei etwa in gleicher Weise mit Infrarot-Strahlung
beaufschlagt, wie wenn ein Eindringling einen Empfangsbereich durchquert. Eine Alarmsignalgabe
wird dabei während der Testphase durch logische Schaltung in der Diskriminatorschaltung
8 unterdrückt, während in dieser Phase ein Störungssignal bei Ausbleiben der modulierten
Infrarotstrahlung ausgelöst wird.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Variante eines Infrarot-Einbruchdetektors,
wobei identische Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied
zum ersten Beispiel ist hier das Eintrittsfenster 13 gegen die Gehäuse-Vorderseite
etwas geneigt, so dass es von der Strahlung der Strahlungsquelle 11 besser und mit
grösserem Einfallswinkel durchsetzt werden kann. Die optische Anordnung für die
Aufnahme von Infrarot-Strahlung aus dem überwachten Raum erzeugt einen gefalteten
Strahlengang und besteht aus einer Reihe von primären Spiegelsegmanten 14 zur Bildung
der einzelnen Empfangsbereiche und einem gemeinsamen Sekundärspiegel 15 zur Bündelung
der Strahlung aus allen Bereichen auf den Sensor 3. Dieser ist, wie insbesondere
Fig. 3 zeigt, als Dual-Sensor mit zwei benachbarten, gegeneinander oder antiparallel
geschalteten Sensorelementen 18, 19 mit vertikaler Symmetrie-Ebene ausgebildet.
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Zur Fokussierung der Infrarotstrahlung der Strahlungsquelle 11 auf
den Sensor 3 ist im Gehäuse 1 ein separater Reflektor 16 vorgesehen. Dieser gestattet
eine Strahlungsbündelung mit optimalem Wirkungsgrad, so dass mit einer Strahlungsquelle
minimaler Leistung eine ausreichende, der Strahlungsintensität eines Eindringlings
äquivalente Teststrahlung crzcugbar ist. In einem praktischen Ausführungsbcispiel
genügt bereits eine Strahlungsquellen-Leistung von etwa 0.1 Watt. bei Ausbildung
der Strahlungsquelle als 50 Ohm-Widerstand mit einer Betriebstemperatur von ca.
1000°C. Um
eine ungleichmässige Bestrahlung der beiden Sensorelemente
18. 19 zu erreichen, ist der Reflektor 16 asymmetisch sur Sslllllletl ie-lEbellc
der beiden Sensorelemente 18. 19 angeordnet. Dabei ist cs auch möglich, den Reflektor
16 so weit seitlich anzuordnen, dass im wesentlichen nur eines der beiden Sensorelemente
bestrahlt wird. Durch diese Unsymmetrie der Anordnung wird auch hier erreicht, dass
bei dem Dual-Sensor mit gegeneinandergeschalteten Sensorelementen bei Ansteuerung
der Strahlungsquelle stets ein Sensor-Ausgangssignal vorhanden ist.
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Das Ein- und Ausschalten der Strahlungsquelle kann hier statt durch
Schalten der Betriebsspannung für die Strahlungsquelle 11, auch mittels eines mechanischen
Unterbrechers 17 oder eines Elementes mit elektrisch steuerbarer Transparenz, z.B.
einer Kerr-Zelle, erfolgen.
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Dadurch lässt sich der bei einem Heizwiderstand wegen seiner Wärmeträgheit
relativ langsame Temperaturanstieg beim Einschalten vermeiden, und es lässt sich
ein Strahlungsanstieg mit sehr steiler Flanke erreichen, was den Wirkungsgrad verbessert.
Die Strahlungsquelle kann dabei dauernd eingeschaltet bleiben, oder aber nur kurz
vor der Strahlungsfreigabe durch den Chopper 17 eingeschaltet werden, um Leistung
zu sparen.
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Auf die beschriebene Weise lässt sich bei Infrarot-Einbruchdetektoren
durch Verwendung eines Dual-Sensors und mit asymmetrischer Bestrahlung zu Testzwecken
eine sichere und zuverlässige Funktions- und Sabotageüberwachung auf einfache Weise
und mit minimalem Mehraufwand erreichen, wobei die Alarmauswertung unbeeinflusst
davon äusserst selektiv arbeitet.
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