DE4221833C2 - Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung - Google Patents
Unglücksverhütende ErfassungsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine unglücksverhütende Erfas
sungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE
35 23 232 A1).
Für Gebäude bestimmte unglücksverhütende Erfassungs
vorrichtungen sind häufig vom Typ eines Infrarotfühlers. Bei
spiele hierfür werden nachstehend unter Bezugnahme auf die
Fig. 1 und 2 erläutert. Sie sind veröffentlicht in dem techni
schen Magazin "Transistor Gÿutsu (technics)", "Sensors", Sei
ten 442, 443, 453, 463, August 1990, Japan.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, werden zur Feuererfassung
innerhalb eines abgedunkelten Kastens, der mit dem Durchtritt
von Rauch 11 dienenden Löchern versehen ist, mittels eines
lichtempfangenden Teils 9 Infrarotstrahlen erfaßt, die von
einem Leuchtelement 8 ausgesendet und an den Rauchteilchen 11
reflektiert werden. Auf diese Weise wird die Anwesenheit von
Rauch erfaßt, um dadurch einen Brand festzustellen.
Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit zur Erfassung von Ein
dringlingen, bei der von einem menschlichen Körper emittierte
Infrarotstrahlen durch ein lichtempfangendes Teil 9 erfaßt
werden, um das Eindringen einer Person zu erfassen, während
Fig. 3 eine Möglichkeit zeigt, bei der Infrarotstrahlen von
einem Leuchtelement 8 ausgesendet werden und im Falle ihrer
Unterbrechung durch einen menschlichen Körper oder einen
Gegenstand das Eindringen der Person in Abhängigkeit von dem
Zustand der Anwesenheit von Infrarotstrahlen in einem licht
empfangenden Teil 9 erfaßt wird.
In dem in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Beispiel
wird ein Brand durch die Erfassung von Rauch beurteilt, so
daß es schwierig ist, einen Brand in einer frühen Stufe zu
entdecken.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten herkömmlichen Beispiel
kann zwar die Anwesenheit eines menschlichen Körpers erfaßt
werden, nicht aber dessen Position. In dem in Fig. 3 dar
gestellten herkömmlichen Beispiel kann die Position eines
menschlichen Körpers nur in einem begrenzten Bereich erfaßt
werden, so daß diese Möglichkeit für eine Erfassung in einem
weiten Bereich nicht brauchbar ist.
Weitere Beispiele für die in den Fig. 1 und 2 gezeig
ten Vorrichtungen sind der DE 37 43 737 A1 beziehungsweise der
DE 32 05 394 A1 zu entnehmen.
Demgegenüber ist aus der DE 35 23 232 A1 eine un
glücksverhütende Erfassungsvorrichtung bekannt, von der die
Erfindung ausgeht. Bei der bekannten Erfassungsvorrichtung
wird das Auftreten eines Feuers dadurch festgestellt, daß die
Geschwindigkeit von Temperaturänderungen in dem überwachten
Bereich ermittelt wird. Übersteigt die Geschwindigkeit der
Temperaturänderungen einen Minimalwert, so stellt die Erfas
sungsvorrichtung das Auftreten des Flackerns eines Feuers fest
und gibt Alarm. Die bekannte Erfassungsvorrichtung kann dem
nach das Auftreten eines Feuers feststellen.
Auf ähnliche Weise arbeitet eine in der DE 36 03 568 A1
beschriebene Erfassungsvorrichtung. Dabei wird das Auftre
ten eines Feuers oder einer Flamme dadurch ermittelt, daß das
Verhältnis von Temperaturen höher und niedriger als ein Be
zugswert ermittelt wird. Mit anderen Worten wird ebenfalls
"Flackern" erfaßt.
Nach der DE 37 10 265 A1, insbesondere Anspruch 5,
sind Infrarotsensoren vorgesehen, deren Empfindlichkeit so
eingestellt wird, daß eine Temperatur von mehr als 200°C in
einem vorbestimmten Bereich als ein großes Feuer angesehen
wird.
Aus "Pyroelektrische Mehrelementsensoren mit CCD-Aus
leseschaltung" in: Radio Fernsehen Elektronik, Band 39, 1990,
Heft 4, Seiten 221 bis 226, sind Einzelheiten über den inneren
Aufbau pyroelektrischer Wärmeerfassungselemente bekannt.
Die JP-61-154 279 A lehrt eine spezielle Anordnung von
Infrarot-Detektorelementen in einer Infrarot-Kamera.
Aufgabe der Erfindung ist es, die unglücksverhütende
Erfassungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
derart weiterzubilden, daß sie nicht nur die Tatsache des Auf
tretens einer irregulären Wärmequelle, sondern auch deren Posi
tion bestimmen kann.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit den im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen er
füllt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens
sind Gegenstand der Unteransprüche.
Insbesondere sind im Rahmen der Erfindung eine auf die äußere
Umgebung gerichtete Videokamera und ein Tragteil der Videoka
mera an eine Objektivrichtungs-Einstelleinrichtung mit einem
Zwei-Richtungs-Drehmechanismus angeschlossen, wobei die Wär
mebild-Erfassungseinrichtung an dem Tragteil fest angeordnet
und auf eine Erfassungsrichtung ausgerichtet ist. Die Posi
tion des erfaßten irregulären Zustandes wird durch eine Wär
mequellenpositions-Erfassungseinrichtung beurteilt, um da
durch die vorerwähnte Objektivrichtungs-Einstelleinrichtung
zu betreiben.
Ferner wird im Rahmen der Erfindung ein Brand auf
Grundlage einer Temperatur eines durch die Wärmebild-Erfas
sungseinrichtung erhaltenen Bereichs irregulären Zustandes
beurteilt und erfaßt.
Außerdem wird in Übereinstimmung mit Änderungen in
einem durch die Wärmebild-Erfassungseinrichtung erhaltenen
Wärmebild ein menschlicher Körper erfaßt und die Position des
erfaßten menschlichen Körpers bestimmt.
Darüber hinaus wird in Übereinstimmung mit der Existenz
eines durch die Wärmebild-Erfassungseinrichtung erhaltenen
irregulären Zustandes ein Signal ausgegeben.
Weiterhin weisen die Wärmeerfassungselemente vom pyro
elektrischen Typ einen pyroelektrischen Dünnfilm auf.
Außerdem sind die Wärmeerfassungselemente vom pyroelek
trischen Typ eindimensional auf einer geraden Achse angeord
net und weisen eine dazu parallel oder unter einem bestimmten
Winkel zu dieser geraden Achse angeordnete Drehachse auf, so
daß die Gruppe von Wärmeerfassungselementen vom pyroelektri
schen Typ um die Drehachse herum gedreht wird und dadurch ein
zweidimensionales Bild gewinnt.
Bei der Erfindung kann durch die Verwendung eines Wär
mebildes ein irregulärer Zustand in einem frühen Stadium ent
deckt werden, und seine Positionserfassung ermöglicht einen
automatischen Betrieb der Videokamera.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfin
dung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen und der Zeichnung, auf die bezüglich einer
erfindungswesentlichen Offenbarung aller im Text nicht er
wähnten Einzelheiten ausdrücklich hingewiesen wird. Hierin
zeigt
Fig. 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer
herkömmlichen Feuererfassungsvorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer
herkömmlichen Erfassungsvorrichtung für Ein
dringlinge (vom Lichtempfangstyp),
Fig. 3 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer
herkömmlichen Erfassungsvorrichtung für Ein
dringlinge (vom Lichtwegdurchbrechungstyp),
Fig. 4 eine Ansicht des Aufbaus eines Ausführungs
beispiels einer erfindungsgemäßen unglücksver
hütenden Erfassungsvorrichtung,
Fig. 5 ein Blockschaltbild der unglücksverhütenden
Erfassungsvorrichtung von Fig. 4,
Fig. 6A und 6B Diagramme zur Erläuterung der Funktion der
Vorrichtung von Fig. 4,
Fig. 7A und 7B Ansichten des Aufbaus einer Ausführungsform
einer Wärmebild-Erfassungseinrichtung in der
Vorrichtung von Fig. 4, und
Fig. 8A und 8B Diagramme zur Erläuterung des zur Gewinnung
eines Wärmebildes durch die Verwendung einer
Gruppe von Wärmeerfassungselementen vom pyro
elektrischen Typ dienenden Mechanismus.
In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Videokamera, 2 ein Trag
teil, 3 eine Wärmebild-Erfassungseinrichtung, 4 eine Objek
tivrichtungs-Einstelleinrichtung mit einem Drehmechanismus
für zwei Richtungen, d. h. eine horizontale und eine verti
kale Richtung.
Die Wärmebild-Erfassungseinrichtung 3 ist an dem Trag
teil 2 angeordnet und auf eine Erfassungsrichtung ausge
richtet, um die Anwesenheit und Position einer irregulären
Wärmequelle zu erfassen und die Objektivrichtungs-Einstell
einrichtung 4 derart zu steuern, daß die Videokamera 1 auf
die irreguläre Wärmequelle ausgerichtet wird.
In der Wärmebild-Erfassungseinrichtung 3 ist eine
Anzahl von Wärmeerfassungselementen vom pyroelektrischen Typ
in einer Gruppe vorgesehen. Zur Messung von Temperaturen ohne
gegenständliche Berührung wird ein Infrarotfühler vom Quan
tentyp, ein Infrarot-CCD (Infrarot-Ladungsverschiebeelement)
oder ein Infrarotfühler vom Wärmetyp verwendet. Der Infrarot
fühler vom Quantentyp und der Infrarot-CCD sind hochempfind
lich und sprechen rasch an. Sie müssen jedoch gekühlt werden
(auf etwa -100 bis -200°C) und sind für den Hausgebrauch
nicht geeignet. Andererseits zeichnet sich der Infrarotfühler
vom Wärmetyp dadurch aus, daß er keine Kühlung erfordert,
wogegen er eine verhältnismäßig niedrige Empfindlichkeit auf
weist und ein langsames Ansprechverhalten zeigt. In der Wär
mebild-Erfassungseinrichtung 3 werden pyroelektrische Effekte
von Infrarotfühlern vom Wärmetyp ausgenutzt.
Bei dem in dem Blockdiagramm von Fig. 5 dargestellten
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen unglücksverhüten
den Erfassungsvorrichtung weist das Tragteil 2 zusätzlich zu
der Wärmebild-Erfassungseinrichtung 3 eine Beurteilungsein
richtung für irreguläre Wärmequellen, eine einen Wärmequel
lenpositionsspeicher aufweisende Erfassungseinrichtung für
die Position irregulärer Wärmequellen und eine Alarmsignal-
Übertragungseinrichtung auf.
Zunächst erfaßt die Wärmebild-Erfassungseinrichtung 3 ein
Wärmebild eines menschlichen Körpers, eines Brandes oder dgl.
Dann beurteilen die Beurteilungseinrichtung für irreguläre
Wärmequellen und die Erfassungseinrichtung für die Position
der irregulären Wärmequellen die irreguläre Wärmequelle (ein
Eindringling, ein Brand oder dgl.) und ihre Position, wobei
die erfaßte Position der irregulären Wärmequelle mittels des
Wärmequellenpositionsspeichers gespeichert wird. Sodann wird
die Objektivrichtungs-Einstelleinrichtung 4 betätigt, um die
Richtung des Objektivs der Videokamera 1 zu steuern.
In den Diagrammen von Fig. 6A und 6B ist die Funktion
der erfindungsgemäßen unglücksverhütenden Erfassungsvorrich
tung erläutert. Die beiden Diagramme zeigen je ein Wärmebild
und ein sichtbares Bild in gegenseitiger Überlagerung.
Wie durch das Wärmebild in Fig. 6A und 6B angezeigt
wird, wird durch die Alarmsignal-Übertragungseinrichtung ein
Signal ausgegeben, sobald das Vorhandensein einer irregulären
Wärmequelle, die in dem vorherigen Stadium nicht vorhanden
war, bestätigt wird.
In Fig. 6B beurteilt die Beurteilungseinrichtung für
irreguläre Wärmequellen eine Wärmequelle als einen Brand,
wenn die Temperatur der Wärmequelle hinreichend hoch ist.
Wenn dagegen gemäß Fig. 6A die Temperatur der Wärmequelle
nicht hinreichend hoch ist, bestimmt die Beurteilungseinrich
tung für die Position der irregulären Wärmequelle die Posi
tion der Wärmequelle, wobei die Objektivrichtungs-Einstell
einrichtung 4 die Objektivrichtung der Videokamera 1 steuert.
In Fig. 7A und 7B sind Ansichten des Aufbaus einer bei
der Erfindung vorgesehenen Ausführungsform der Wärmebild-
Erfassungseinrichtung 3 dargestellt. Die Bezugszeichen 6a bis
6e bezeichnen Wärmeerfassungselemente vom pyroelektrischen
Typ, 6 eine Gruppe von Wärmeerfassungselementen vom pyroelek
trischen Typ und 7 eine Drehachse. In Fig. 7A ist ein Zustand
dargestellt, in dem sich die Drehachse 7 parallel zu der
Gruppe 6 der Wärmeerfassungselemente vom pyroelektrischen Typ
erstreckt, während in Fig. 7B ein Zustand dargestellt ist, in
dem die Drehachse 7 unter einem Winkel R gegenüber der Gruppe
6 von Wärmeerfassungselementen vom pyroelektrischen Typ ge
neigt ist. Der Winkel R wird aufgrund der baulichen Gegeben
heiten des Tragteils 2, an dem die Wärmebild-Erfassungsein
richtung 3 angeordnet ist, und des vorbestimmten Winkels des
Erfassungsgesichtsfeldes festgelegt.
Anhand von Fig. 8A und 8B wird nunmehr der zur Gewin
nung eines Wärmebildes durch die Verwendung der Gruppe 6 von
Wärmeerfassungselementen vom pyroelektrischen Typ dienende
Mechanismus erläutert. Dabei ist in Fig. 8A der dreidimen
sionale Gesichtswinkel eines zu erfassendes Wärmebildes und
in Fig. 8B das erfaßte Wärmebild dargestellt. Die Gruppe 6
von Wärmeerfassungselementen vom pyroelektrischen Typ umfaßt
fünf Elemente, welche die jeweiligen Abschnitte des in der
vertikalen Richtung fünffach unterteilten Gesichtswinkels
überdecken.
Die Gruppe 6 von Wärmeerfassungselementen vom pyro
elektrischen Typ wird in Verbindung mit einem optischen Ob
jektiv verwendet. Der vorbestimmte Gesichtswinkel ist in der
horizontalen Richtung eng, so daß der horizontale Gesichts
winkel gemeinsam mit der Drehung der Drehachse 7 bewegt wird.
Jedesmal wenn der horizontale Gesichtswinkel bewegt wird,
wird die Temperatur durch die Gruppe 6 von Wärmeerfassungs
elementen vom pyroelektrischen Typ gemessen, wodurch das in
Fig. 8B dargestellte zweidimensionale Wärmebild gewonnen
wird.
Ein allgemein verwendeter Infrarotfühler vom pyroelek
trischen Typ weist eine sog. Dickform auf (bulk shape) und
enthält einen gesinterten Werkstoff aus einem pyroelektri
schen Dickfilm. Der Dickformfühler beinhaltet jedoch die
Schwierigkeit, daß seine thermische Zeitkonstante nicht ver
ringert werden kann und deshalb der Dickformfühler in seinem
Ansprechverhalten langsam ist. Deshalb wird ein Wärmeerfas
sungselement vom pyroelektrischen Typ mit einem pyroelektri
schen Dünnfilm aus PbTiO3 oder dgl. verwendet, so daß die
Ansprechzeit auf etwa 1/10 der des Dickformfühlers herabge
setzt werden kann.
Durch die Verwendung von Wärmeerfassungselementen vom
pyroelektrischen Typ, die einen derartigen pyroelektrischen
Dünnfilm verwenden, zur Verkürzung der Ansprechzeit, kann die
Bewegung oder dgl. eines Eindringlings mit hoher Genauigkeit
erfaßt werden. Auch können mit dem pyroelektrischen Dünnfilm
die Elemente miniaturisiert werden.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung klar hervorgeht,
kann erfindungsgemäß ein irregulärer Zustand in einem frühen
Stadium durch ein Wärmebild erfaßt werden, das durch die
Gruppe der Wärmeerfassungselemente vom pyroelektrischen Typ
gewonnen wird, wobei auch die Position des irregulären Zu
standes bestimmt werden kann, so daß ein Eindringling in der
Mitte des Bildverarbeitungsausschnittes eingefangen werden
kann.
Ferner wird erfindungsgemäß die Gruppe von in einer
Dimension angeordneten Wärmeerfassungselementen vom pyroelek
trischen Typ gedreht, um dadurch ein Wärmebild mit einem
verhältnismäßig einfachen Aufbau zu erfassen.
Schließlich wird die Gruppe von den pyroelektrischen
Dünnfilm aufweisenden Wärmeerfassungselementen vom pyroelek
trischen Typ zur Erzielung von Wirkungen wie einer Verbesse
rung der Wärmebild-Ansprechgeschwindigkeit und der Miniaturi
sierung der Elemente benutzt.
Claims (8)
1. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung mit einer
Wärmebild-Erfassungseinrichtung (3), die eine in einer Gruppe
(6) angeordnete Anzahl von Wärmeerfassungselementen (6a bis
6e) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeer
fassungselemente (6a bis 6e) vom pyroelektrischen Typ sind und
daß eine Positionserfassungseinrichtung für eine irreguläre
Wärmequelle vorgesehen ist.
2. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Videokamera (1) und
ein Tragteil (2) durch einen mindestens zwei Richtungen auf
weisenden Drehmechanismus verbunden sind und daß die Wärmebild-
Erfassungseinrichtung (3) an dem Tragteil (2) fest angeordnet
und in einer Erfassungsrichtung ausgerichtet ist.
3. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach An
spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionserfassungs
einrichtung für den Drehmechanismus steuert.
4. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmebild-Erfassungseinrichtung (3) zur Brandentdeckung dient.
5. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmebild-Erfassungseinrichtung (3), die Positions-Erfassungs
einrichtung für eine irreguläre Wärmequelle und ein Wärmequellen
positionsspeicher zur Erfassung eines menschlichen Körpers
dienen.
6. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung ferner eine Alarmsignal-Abgabeeinrichtung auf
weist.
7. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmeerfassungselemente (6a bis 6e) einen pyroelektrischen
Dünnfilm aufweisen.
8. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmeerfassungselemente (6a bis 6e) der Wärmebild-Erfassungs
einrichtung (3) eindimensional auf einer geraden Achse
angeordnet sind und eine Drehachse (7) aufweisen, die parallel
zu der geraden Achse oder dazu unter einem bestimmten Winkel
ausgerichtet ist, wobei die Wärmeerfassungselemente (6a bis
6e) zur Gewinnung eines zweidimensionalen Bildes um die
Drehachse (7) gedreht werden.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |