DE4445196A1 - Movement indicator with radiation sensor determining radiation emanating from region - Google Patents

Movement indicator with radiation sensor determining radiation emanating from region

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Abstract

The radiation sensitive elements (LE) are arranged in counter polar pairs connected in series. The electric signal tapped off from the two free ends (A, B) of this series circuit is supplied to a successively connected electronic sensor (E).The series circuit is integrated on a common carrier (I). The carrier is made of radiation responsive esp. pyroelectric material with a uniform direction of the spontaneous polarisation (P) and on opposite sides as respective rows of front and rear electrodes (F,R) each row having mutual spacing and arranged with partial overlapping.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bewegungsmelder nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.The invention relates to a motion detector according to the Oberbe handle of claim 1.

Bewegungsmelder dienen dazu in einem von ihnen überwachten Raum­ bereich Bewegungen bestimmter Objekte, insbesondere Bewegungen von Menschen, zu erfassen und gegebenenfalls ein Schaltsignal auszulösen. Das zum Einschalten einer Beleuchtung oder Warnein­ richtung erforderliche Schaltsignal wird solange aufrechterhal­ ten, wie Bewegungen von Personen erkannt werden. Mit dem Wegfall erkennbarer Bewegungen, entfällt nach einer angemessenen Verzö­ gerungszeit auch das zur Betätigung einer nachgeschalteten Be­ leuchtungs- oder Warneinrichtung benötigte Schaltsignal.Motion detectors are used in a room that they monitor area movements of certain objects, especially movements of people, and possibly a switching signal trigger. That for switching on a light or warning direction required switching signal is maintained as long how people's movements are recognized. With the loss recognizable movements, does not apply after a reasonable delay time to operate a downstream Be lighting or warning device required switching signal.

Es gibt aktive Bewegungsmelder, die mit einem Sender und einem Empfänger arbeiten und passive Bewegungsmelder, bei denen im allgemeinen das bewegte Objekt selbst als Sender dient. Zu die­ ser besonders verbreiteten Gruppe gehören die Passiv-Infrarot- Bewegungsmelder, die auf relativ kleine Temperaturänderungen an­ sprechen und somit auch die von Menschen emittierte Wärme erfas­ sen können.There are active motion detectors with one transmitter and one Receiver work and passive motion detectors, where in generally the moving object itself serves as a transmitter. To the This particularly widespread group includes the passive infrared Motion detectors that respond to relatively small changes in temperature speak and thus also senses the heat emitted by humans can sen.

Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder besitzen in den meisten Fällen pyroelektrische Infrarot-Sensoren, mit zwei empfindlichen Ele­ menten, die in Reihen- oder Parallelschaltung gegensinnig mit­ einander verbunden sind. Eine aus vielen Einzellinsen bestehende Fresnel-Optik definiert zusammen mit dem Infrarot-Sensor ver­ schiedene Strahlenkeulen. Bei Bewegungen von wärmeemittierenden Objekten zwischen verschiedenen Strahlenkeulen wird ein Wechsel­ strahlungsfluß im pyroelektrischen Sensor erzeugt, der zu einem Schaltsignal das Bewegungsmelders führt. Bei zentraler Annähe­ rung an derartige Bewegungsmelder werden jedoch am Sensor oft nur so geringe Wechselstrahlungsflüsse erzeugt, daß der Bewe­ gungsmelder nicht oder erst verspätet anspricht. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei einer Anwesenheitsdetektion, bei der es darum geht, ggf. vor dem Abschalten der Raumbeleuchtung, noch im Raum anwesende Personen mit Hilfe ihrer Bewegungen zu ermitteln. Besonders bei Schreibtischarbeitern sind etwaige Bewegungen oft nur so schwach ausgeprägt, daß sie von normalen Bewegungsmeldern nicht wahrgenommen werden können.In most cases, passive infrared motion detectors have pyroelectric infrared sensors, with two sensitive ele elements that are connected in series or in parallel in opposite directions are connected. One consisting of many individual lenses Fresnel optics together with the infrared sensor defines ver  different beams. With movements of heat-emitting Objects between different beams become a change radiation flow generated in the pyroelectric sensor, which leads to a Switching signal leads the motion detector. With central proximity tion of such motion detectors are often on the sensor generates so little alternating radiation fluxes that the movement does not respond or responds too late. Are similar the conditions for a presence detection in which it that's why, before switching off the room lighting, if necessary To determine people present in the room with the help of their movements. Movements are common, especially with desk workers only so weak that they are from normal motion detectors cannot be perceived.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bewegungsmelder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend zu verbessern, daß er auch geringfügige Bewegungen mit hoher Empfindlichkeit erfassen kann.The object of the invention is to provide a motion detector Improve the preamble of claim 1 in that he also detect minor movements with high sensitivity can.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüche genannt.This object is characterized by those in claim 1 Features resolved. Appropriate refinements and training of the subject of the invention are mentioned in the subclaims.

Mit Hilfe einer aus mindestens vier strahlungsempfindlichen Ele­ menten gebildeten Reihenschaltung gelingt es, auch bei geringfü­ gigen Bewegungen eine ausreichend hohe Empfindlichkeit zu errei­ chen. Entscheidend ist jedoch zugleich der ständige Polaritäts­ wechsel zwischen den einzelnen in Reihe liegenden strahlungsemp­ findlichen Elementen. Dieser sorgt dafür, daß sich die Gleich­ spannungsanteile, die sich auch bei fehlender Bewegung an den einzelnen strahlungsempfindlichen Elementen bilden können, ge­ genseitig kompensieren, so daß im wesentlichen nur der durch Be­ wegungen hervorgerufene Wechselanteil erhalten bleibt. Dieses Signal wird von den beiden freien Enden der Serienschaltung ab­ gegriffen und einer nachgeschalteten Sensorelektronik zugeführt.With the help of one of at least four radiation-sensitive elements Elementary series connection succeeds, even at low movements to achieve a sufficiently high sensitivity chen. However, the constant polarity is also decisive change between the individual radiation temp sensitive elements. This ensures that the same parts of the tension that are present even when there is no movement can form individual radiation-sensitive elements, ge Compensate on the opposite side, so that essentially only the Be movements caused by the alternation is retained. This Signal is emitted from the two free ends of the series connection gripped and fed to a downstream sensor electronics.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, die durch die strahlungsempfindlichen Elemente gebildete Serienschaltung auf einem gemeinsamen Träger zu inte­ grieren. Es ist zweckmäßig, den Träger aus strahlungsempfindli­ chem, vorzugsweise pyroelektrischem Material herzustellen, das eine einheitliche Richtung der spontanen Polarisation aufweist. In diesem Fall kann an zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Trägers, jeweils mit Abstand zueinander, einerseits eine Reihe aus Frontelektroden und andererseits eine Reihe aus Rückelektro­ den so angeordnet werden, daß sich die beiden Elektrodenplatten teilweise überlappen. Im Überlappungsbereich entstehen strah­ lungsempfindliche Elemente, die durch die Elektroden bei stets wechselnder Polarität in Reihe geschaltet sind. Ein derart auf­ gebauter Sensor läßt sich mit kleinen Abmessungen herstellen und dementsprechend im Zentrum einer Sammeloptik plazieren.In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention is provided by the radiation sensitive elements  formed series connection on a common carrier to inte freeze. It is useful to radiation-sensitive the carrier Chem, preferably to produce pyroelectric material that has a uniform direction of spontaneous polarization. In this case, on two opposite sides of the Carrier, each at a distance from each other, on the one hand a row made of front electrodes and on the other hand a row made of back electrical which are arranged so that the two electrode plates partially overlap. In the overlap area, streak is created elements that are sensitive to light and always pass through the electrodes alternating polarity are connected in series. One like that built sensor can be manufactured with small dimensions and accordingly place in the center of a collection optics.

Es ist auch möglich, den Sensor in Dünnschichttechnik herzustel­ len, wobei es dann zweckmäßig ist, den Träger aus einer pyro­ elektrischen Dünnschicht mit einer Dicke von höchstens 2 µm zu gestalten. Weiterhin wurde festgestellt, daß es vorteilhaft ist, wenn der Träger aus einem pyroelektrischen Material mit einer relativen Dielektrizitätszahl von mindestens 100 besteht. Zur Erhöhung des örtlichen Auflösungsvermögens kann es zweckmäßig sein, in unmittelbarer Umgebung der strahlungsempfindlichen Ele­ mente das Material des Trägers partiell oder vollständig zu ent­ fernen.It is also possible to manufacture the sensor using thin-film technology len, where it is then appropriate to the carrier from a pyro electrical thin film with a thickness of at most 2 microns shape. It has also been found that it is advantageous if the carrier is made of a pyroelectric material with a relative dielectric constant of at least 100. For It may be appropriate to increase the local resolving power be in the immediate vicinity of the radiation-sensitive ele elements of the carrier to partially or completely ent distant.

Ein Strahlungssensor dieser Art kann in allen bekannten Aufbau­ ten zur Anwendung gelangen. So ist es möglich, die Lichtstrahlen durch eine infrarotdurchlässige Einzellinse auf den Sensor zu fokussieren oder auch eine Optik aus mehreren infrarotdurchläs­ sigen Sammellinsen aufzubauen. Auch Fresnellinsen, die sich im Bereich der Bewegungsmelder sehr bewährt haben, können zur An­ wendung gelangen. Ebenso kann eine Optik erstellt werden, die aus fokussierenden Linsen besteht, die mit geeigneten Infrarot- Umlenkspiegeln zusammenwirken.A radiation sensor of this type can be of any known construction ten apply. So it is possible the rays of light through an infrared transparent single lens towards the sensor focus or optics from several infrared passages to build up our collective lenses. Even Fresnel lenses that are in the Area of motion detectors have proven to be very useful turn. An optic can also be created that consists of focusing lenses, which are combined with suitable infrared Interacting mirrors interact.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen An embodiment of the invention is in the drawings shown and is described in more detail below. Show it  

Fig. 1 einen Träger des Sensors mit Front- und Rückelek­ troden seitlich im Schnitt, Fig. 1 is a carrier of the sensor with front and Rückelek trodes laterally in section,

Fig. 2 den Träger nach Fig. 1 in Draufsicht, Fig. 2 shows the carrier according to Fig. 1 in top view,

Fig. 3 das elektrische Prinzipschaltbild einer aus gegen­ polig geschalteten strahlungsempfindlichen Elemen­ ten gebildeten Reihenschaltung mit Sensorelektro­ nik. Fig. 3 shows the basic electrical circuit diagram of a series circuit formed from polarized radiation-sensitive elements with sensor electronics.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine spezielle konstruktive Lösung zum Aufbau eines Sensors S, der wie Fig. 3 zeigt, aus gegenpolig in Reihe geschalteten strahlungsempfindlichen Elementen LE besteht. Jeweils zwei in Reihe geschaltete strahlungsempfindliche Ele­ mente LE bilden jeweils ein Paar 1, 1′ bis 4, 4′, so daß im vor­ liegenden Beispiel die Reihenschaltung aus vier Paaren von strahlungsempfindlichen Elementen besteht. Geht man davon aus, daß im Ruhezustand, also bei fehlender Bewegung, alle strah­ lungsempfindliche Elemente LE eine etwa gleichgroße, konstante Strahlung LS erreicht, so werden die an den einzelnen strah­ lungsempfindlichen Elementen LE erzeugten Signalgrundpegel etwa gleichgroß sein und sich gegenseitig weitgehend kompensieren. Figs. 1 and 2 show a specific design solution for the construction of a sensor S which, like Fig. 3, consists of opposite polarity connected in series, radiation-sensitive elements LE. Each two series-connected radiation-sensitive elements LE form a pair 1 , 1 'to 4 , 4 ', so that in the present example, the series circuit consists of four pairs of radiation-sensitive elements. If one assumes that in the idle state, i.e. when there is no movement, all radiation-sensitive elements LE achieve approximately the same, constant radiation LS, the signal level generated at the individual radiation-sensitive elements LE will be approximately the same size and largely compensate for one another.

Sobald jedoch ein Wärmestrahlen emittierendes Objekt in den Er­ fassungsbereich des Sensors S gelangt, wird das Gleichgewicht gestört und entsprechend der Bewegungsrichtung werden bestimmte strahlungsempfindliche Elemente mit einer erhöhten Strahlung LS beaufschlagt. Hierdurch entsteht ein Wechselsignal, das an den beiden freien Enden A und B der Reihenschaltung abgegriffen und einer Sensorelektronik E zugeführt werden kann. Letztere kann nun beispielsweise ein von der Bewegung ausgelöstes Steuersignal erzeugen.However, as soon as a heat-emitting object in the Er reaches the sensor S range, the equilibrium is reached disturbed and according to the direction of movement are determined radiation sensitive elements with increased radiation LS acted upon. This creates an alternating signal that is sent to the tapped both free ends A and B of the series circuit and can be supplied to sensor electronics E. The latter can now for example a control signal triggered by the movement produce.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte konstruktive Ausgestaltung des Sensors S erfolgt mit relativ einfachen Mitteln. Als Grund­ element dient ein Träger T, der aus pyroelektrischem Material mit einer einheitlichen Richtung der spontanen Polarisation be­ steht. Auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Trägers T sind, mit entsprechendem Abstand zueinander, einerseits eine Reihe aus Frontelektroden F und andererseits eine Reihe aus Rück­ elektroden R angeordnet. Die Anordnung wurde dabei so vorgenom­ men, daß sich die beiden Elektrodenarten teilweise überlappen und dadurch mit dem Träger einzelne strahlungsempfindliche Ele­ mente LE bilden. Hierbei ergibt sich automatisch eine wechselnde Polarität, wobei die Elektroden F, R für eine Verbindung in Form einer Reihenschaltung sorgen. An den Anschlüssen A und B kann eine Spannung abgegriffen werden, die von einem sich bewegenden strahlungsemittierenden Körper erzeugt wird. Durch die-Kompensa­ tion der statischen Signalgrundpegel wird die Sensorelektronik E nur mit einem Wechselsignal beaufschlagt, das jedoch durch die Reihenschaltung vieler strahlungsempfindliche Elemente LE rela­ tiv hoch ausfällt, so daß auch verhältnismäßig geringfügige Be­ wegungen noch erfaßt werden können. Die Empfindlichkeit des Be­ wegungsmelders ist damit deutlich erhöht.The structural design of the sensor S shown in FIGS. 1 and 2 takes place with relatively simple means. The basic element is a carrier T, which is made of pyroelectric material with a uniform direction of spontaneous polarization. On two opposite sides of the carrier T, a row of front electrodes F and on the other hand a row of rear electrodes R are arranged at a corresponding distance from one another. The arrangement was made so that the two types of electrodes partially overlap and thereby form individual radiation-sensitive elements LE with the support. This automatically results in an alternating polarity, the electrodes F, R ensuring a connection in the form of a series connection. A voltage can be tapped at the connections A and B, which voltage is generated by a moving radiation-emitting body. Due to the compensation of the static basic signal level, the sensor electronics E is only subjected to an alternating signal, which, however, turns out to be relatively high due to the series connection of many radiation-sensitive elements LE, so that even relatively minor movements can still be detected. The sensitivity of the motion detector is thus significantly increased.

Claims (10)

1. Bewegungsmelder mit einem Strahlungssensor (S) zur Er­ fassung der aus einem zu überwachenden Raumbereich kommenden Strahlung, vorzugsweise Wärmestrahlung im infraroten Spektralbe­ reich, und zur Umwandlung der Strahlung in ein entsprechendes elektrisches Signal, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungs­ sensor (S) durch eine Serienschaltung gebildet ist, die aus ei­ nem ganzzahligen Vielfachen von zwei gegenpolig in Reihe liegen­ den strahlungsempfindliche Elementen (LE) besteht, und daß das von den beiden freien Enden (A, B) dieser Serienschaltung abge­ griffene elektrische Signal einer nachgeschalteten Sensorelek­ tronik (E) zugeführt ist.1. Motion detector with a radiation sensor (S) for detecting the radiation coming from a monitored area, preferably heat radiation in the infrared spectral range, and for converting the radiation into a corresponding electrical signal, characterized in that the radiation sensor (S) by a series circuit is formed, which consists of an integer multiple of two opposite poles in series are the radiation-sensitive elements (LE), and that the electrical signal tapped from the two free ends (A, B) of this series circuit of a downstream sensor electronics (E ) is fed. 2. Bewegungsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienschaltung auf einem gemeinsamen Träger (T) inte­ griert ist.2. Motion detector according to claim 1, characterized in that the series connection on a common carrier (T) inte is free. 3. Bewegungsmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (T) aus strahlungsempfindlichem, insbesondere py­ roelektrischem Material mit einheitlicher Richtung der spontanen Polarisation (P) besteht und auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Trägers (T), jeweils mit Abstand zueinander, einer­ seits eine Reihe aus Frontelektroden (F) und andererseits eine Reihe aus Rückelektroden (R) so angeordnet ist, daß sich die beiden Elektrodenarten teilweise überlappen und in ihren Über­ lappungsbereichen mit dem Träger (T) einzelne strahlungsempfind­ liche Elemente (LE) bilden, die durch die Elektroden (F, R) bei stets wechselnder Polarität in Reihe geschaltet sind.3. Motion detector according to claim 2, characterized in that the carrier (T) made of radiation-sensitive, in particular py Roelectric material with uniform direction of the spontaneous There is polarization (P) and two opposite ones Sides of the carrier (T), each at a distance from each other, one on the one hand a row of front electrodes (F) and on the other hand one Row of back electrodes (R) is arranged so that the partially overlap both electrode types and in their over lapping areas with the carrier (T) individual radiation sensitive Liche elements (LE) formed by the electrodes (F, R) always changing polarity are connected in series. 4. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (T) aus einer pyroelektrischen Dünnschicht mit einer Dicke von höchstens 2 Mi­ krometer besteht.4. Motion detector according to one of the preceding claims 2 or 3, characterized in that the carrier (T) from a pyroelectric thin film with a thickness of at most 2 Mi crometer exists. 5. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (T) aus einem pyroelektrischen Material mit einer relativen Dielektrizitäts­ zahl von mindestens 100 besteht.5. Motion detector according to one of the preceding claims 2 to 4, characterized in that the carrier (T) from a  pyroelectric material with a relative dielectric number of at least 100. 6. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Umgebung der strahlungsempfindlichen Elemente (LE) das Material des Trä­ gers (T) partiell oder vollständig entfernt ist.6. Motion detector according to one of the preceding claims 2 to 5, characterized in that in the immediate vicinity the radiation-sensitive elements (LE) the material of the Trä gers (T) is partially or completely removed. 7. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung (LS) durch eine infrarotdurchlässige Einzellinse auf den Strahlungssensor fokussiert ist.7. Motion detector according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the radiation (LS) through an infrared transparent single lens on the radiation sensor is focused. 8. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung (LS) durch mehrere infrarotdurchlässige Sammellinsen auf den Strahlungssen­ sor fokussiert ist.8. Motion detector according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the radiation (LS) through several infrared-transmitting converging lenses on the radiation lenses sor is focused. 9. Bewegungsmelder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die infrarotdurchlässigen Sammellinsen als Fresnellinsen aufgebaut sind.9. Motion detector according to claim 8, characterized in that the infrared transmitting lenses as Fresnel lenses are built up. 10. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß fokussierende Linsen mit Infrarot-Umlenkspiegeln zusammenwirken.10. Motion detector according to one of the preceding claims 7 to 8, characterized in that focusing lenses with Infrared deflecting mirrors work together.
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