Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektronische
Vorrichtungen für die Erfassung und/oder den Schutz von
Personen oder Gegenständen in der unmittelbaren Umgebung
von automatischen Vorrichtungen wie etwa automatischen
Türen oder möglicherweise gefährlichen automatischen
Vorrichtungen, um jegliche Bewegung dieser Vorrichtungen
zu vermeiden, die einen gefährlichen Kontakt mit diesen
Personen oder Gegenständen zur Folge haben kann.
Stand der Technik
-
Es sind (z. B. durch die Veröffentlichung FR-A-2160274)
elektronische betektoren bekannt, die versehen sind mit
einem Sender zum Aussenden von Wellen oder von Strahlung
wie etwa von Höchstfrequenzwellen oder Infrarotstrahlung
sowie mit einem Empfänger zum Auffangen der Wellen oder
der diffusen Strahlung, die von einem im abgedeckten
räumlichen Feld befindlichen Hindernis reflektiert
werden, um in Abhängigkeit von den Charakteristiken der
reflektierten Strahlung ein Signal zu erzeugen. Hierzu
sind Höchstfrequenz-Bewegungsdetektoren mit Doppler-
Effekt bekannt, die herkömmlicherweise im oberen Teil
einer automatischen Tür installiert sind und ein
räumliches Erfassungsfeld abdecken, dessen Form und dessen
Abmessungen durch die verwendete Antenne bestimmt sind,
und die Aufgabe haben, das Öffnen der Tür infolge der
Erfassung jeglicher Bewegung einer Person oder eines
Gegenstandes im Erfassungsfeld zu steuern.
-
Im allgemeinen ist es wünschenswert, daß die vom Detektor
ausgebildete Erfassungskeule verhältnismäßig ausgedehnt
ist und daß der Detektor jede Bewegung mit der gleichen
Empfindlichkeit unabhängig von der Bewegungsrichtung der
Person oder des Gegenstandes in bezug auf die Tür erfaßt.
-
In bestimmten Fällen ist es indessen wünschenswert, daß
die Tiefe der vor die Tür projizierten Erfassungskeule
geringer ist. Dieser Fall liegt insbesondere vor, wenn
der Detektor das Öffnen einer Tür steuern soll, die sich
in der Nähe eines Gehsteigs oder in einer
Geschäftegalene befindet. Es ist klar, daß in diesem Fall der
ständige Verkehr von Fußgängern, die auf dem Gehsteig oder in
der Geschäftegalene umhergehen, ohne durch die Tür gehen
zu wollen, nicht ein ungewolltes Öffnen dieser Tür
hervorrufen darf.
-
Gleiches gilt, wenn der Detektor den Schutz von Personen
oder Gegenständen in der unmittelbaren Umgebung einer
Trommel-Drehtür oder Revolvertür, die im folgenden
Trommeltür genannt wird, einer Schwenktür oder einer
Rolladen- oder Lamellentür gewährleisten soll. In diesem Fall
ist der Detektor an der Tür selbst befestigt und
begleitet deren Bewegung, wobei er ständig die gefährdete
Umgebung, d. h. den Raum, der sich bei einer Trommeltür
oder bei einer Schwenktür vor dem beweglichen Türflügel
befindet, oder den Raum, der die horizontale
Vorschubkante einer Rolladentür umgibt, überwacht. In diesem
Anwendungsfall muß die Keulentiefe reduziert sein, um
während der Bewegung der Tür und daher des Detektors zu
vermeiden, daß Personen oder Gegenstände erfaßt werden,
die sich außerhalb der gefährlichen Zonen befinden.
-
Bis heute bekannte Lösungen, die auf der Verwendung von
besonderen Hornantennen basieren, wie beispielsweise
durch die FR-A-2160274 offenbart, ermöglichen, daß
bewegliche
Höchstfrequenzdetektoren mit Doppler-Effekt eine
Erfassungskeule mit verhältnismäßig geringer Tiefe
ausbilden können. Für diese Technologie besteht jedoch eine
Begrenzung, die nicht zuläßt, daß eine Keulentiefe
erreicht werden kann, die wesentlich kleiner als ein Meter
ist.
-
Die obige Beschreibung findet auch auf Höchstfrequenz-
Anwesenheitsdetektoren Anwendung, deren Funktion im
Gegensatz zu den weiter oben erwähnten Detektoren darin
besteht, das Vorhandensein einer Person oder eines
unbeweglichen Gegenstandes in ihrem Erfassungsfeld zu
erfassen, um zu verhindern, daß die Tür eine gefährliche
Bewegung ausführt. In diesen Anwendungsfällen muß die zu
schützende Zone ebenfalls eine sehr reduzierte Tiefe
besitzen und sich in der Nähe der Tür befinden, um nur
die gefährliche Zone abzudecken und um eine unerwünschte
Blockierung die Erfassung einer zu weit entfernten
Anwesenheit zu vermeiden. Andere Typen von Detektoren wie
etwa die aktiven Infrarotdetektoren ermöglichen kraft
einer Optik, die beispielsweise aus zylindrischen
Fresnel-Linsen gebildet ist, die Anwesenheit - und a fortiori
die Bewegung - jeglichen Lebewesens oder Gegenstandes in
einem Erfassungsfeld mit sehr geringer Tiefe, das einen
Erfassungs- oder Schutzvorhang bildet, zu erfassen.
-
Indessen ist wohlbekannt, daß die optoelektronischen
Anwesenheitsdetektoren besonders empfindlich auf die Art,
die Farbe und das Reflexionsvermögen der von ihnen
abgedeckten Hintergrundebene und des zu erfassenden Ziels
sind. Entsprechend der festen Auslöseschwelle hat die
kleinste unvorhergesehene Störung eine unerwünschte
Erfassung und somit eine ungeeignete Öffnung oder
Blokkierung der Tür, je nach Funktion des Detektors, zur
Folge. Je empfindlicher der Detektor ist was im
allgemeinen erwünscht ist, damit sich die von ihm
gewährleistete
Abdeckung vor der Tür so nahe wie möglich am Boden
erstreckt -, um so häufiger ist das Auftreten dieser
parasitären Erfassung.
-
Es sind Lösungen bekannt, die diese obenerwähnten
Nachteile begrenzen. Sie enthalten jedoch eine digitale
Signalverarbeitung, wodurch der Preis des Detektors
erhöht wird.
-
Andere Typen von Anwesenheits- und Bewegungsdetektoren,
die auf der Messung der Ausbreitungszeit von
Ultraschallwellen basieren, weisen indessen bestimmte der
obenerwähnten Nachteile auf, insbesondere die unerwünschten
Erfassungen aufgrund der Modifikation der Empfindlichkeit
des Detektors in Abhängigkeit von klimatischen
Bedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit), der Empfindlichkeit
gegenüber Schwingungen, der Luftströmungen und der
momentanen Situation in der Umgebung der automatischen Türen.
-
Im Rahmen der weiter oben erwähnten besonderen Anwendung
stammt der Hauptnachteil, den diese Art von Detektoren
aufweist, von der Tatsache, daß die Erfassungskeule auf
Höhe des Bodens einen im wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt aufweist. Die Erfassungskeule ist sicherlich
weniger tief. Ihre Breite ist jedoch zu gering, um eine
ausreichende Abdeckung sicherzustellen.
-
Außerdem erlaubt die Höchstfrequenz- oder
Ultraschalltechnologie, wie sie bis heute verwendet wird, dem
Detektor nicht, die Winkelkomponente der erfaßten Bewegung der
Person oder des Gegenstandes zu berücksichtigen. Sobald
nämlich die Person oder der Gegenstand in die
Erfassungskeule eintritt, werden die Charakteristiken der
reflektierten Strahlung abgewandelt, wobei der Detektor an den
die Tür steuernden Automatismus ein Signal schickt. Dies
geschieht sowohl dann, wenn sich die bewegliche Einheit
der Tür senkrecht annähert, um in sie einzutreten, als
auch dann, wenn sie sich bei ihr aufhält, ohne in sie
einzutreten.
-
Im Fall der Erfassung der Bewegung vor einer längs eines
Gehsteigs oder einer Zone mit starkem Fußgängerverkehr
befindlichen Tür ist der Nutzen eines Detektors
einsehbar, der die Richtung und den Bewegungssinn des
Fußgängerverkehrs unterscheiden kann. Dies ermöglicht nämlich,
das Öffnen der Tür nur für bewegliche Einheiten zu
befehlen, die sich mit einer zur Tür gerichteten
Geschwindigkeitskomponente bewegen, und die Tür geschlossen zu
lassen, falls der Verkehr zur Tür parallel ist.
-
Diese besondere Anwendung könnte mittels
Infrarotdetektoren, die ein matrixförmiges Gitter von Sendern und
Empfängern aufweisen, eine Lösung finden. Dieses
Matrixgitter würde eineverarbeitung des bei der Bildverarbeitung
auftretenden Signals ermöglichen, bei der es möglich
wäre, Informationen hinsichtlich der Richtung und der
Bewegung der erfaßten beweglichen Einheit zu entnehmen.
Diese Verarbeitung ist jedoch alles andere als einfach
und kann nur zu teueren Detektoren führen. Darüber hinaus
sind diese Detektoren von der verwendeten Technologie
abhängig und für eine bestimmte Anzahl von Faktoren wie
etwa der Art, der Farbe und des Reflexionsvermögens der
Hintergrundebene und des zu erfassenden Ziels
empfindlich.
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die erwähnten
Nachteile zu beseitigen, und schlägt eine Erfassungs- und
Schutzvorrichtung vor, die die Erzeugung einer
Erfassungskeule mit verringerter Tiefe ermöglicht.
-
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erfassung
und zum Schutz von Personen und/oder Gegenständen in der
unmittelbaren Umgebung einer automatischen Vorrichtung,
beispielsweise einer automatischen Tür, geschaffen.
-
Die Vorrichtung enthält einen Wellensender, der ein
bestimmtes räumliches Erfassungsfeld abdeckt, einen
Empfänger für reflektierte Wellen, der eine automatische
Vorrichtung steuert, sowie eine Strahlerantenne, die aus
einem Schlitzwellenleiter gebildet ist, der in einer
seiner Seitenflächen Schlitze aufweist, wobei an einem
Ende des Wellenleiters ein Wellensender/-empfänger
angeordnet ist. Die Schlitze bilden Strahlerelemente, die
längs des langgestreckten Körpers verteilt sind, wobei
jedes Strahlerelement eine Form und eine Anordnung
besitzt, die in der Weise bestimmt sind, daß die Antenne in
den zur Längsrichtung des langgestreckten Körpers im
wesentlichen senkrechten Ebenen strahlt. Eine solche
Strahlerantenne stellt vorteilhaft eine Erfassung in
einer bevorzugten Richtung sicher.
-
Die Schlitze oder Strahlerelemente sind um einen
vorgegebenen Winkel geneigt, vorzugsweise abwechselnd in einer
Richtung und in der entgegengesetzten Richtung, so daß
die ausgestrahlten Wellen in Phase sind. Die Neigung der
obengenannten Schlitze oder Strahlerelemente kann längs
der Antenne, entweder von einem Schlitz oder
Strahlerelement zum nächsten oder zwischen Gruppen von Schlitzen
oder Elementen unterschiedlich sein.
-
Auf der gesamten Länge einer Wellenleiterantenne sind
Reflektoren angeordnet, die im wesentlichen
übereinstimmen und sich im wesentlichen symmetrisch in bezug auf die
Symmetrieebene des Wellenleiters erstrecken, indem sie
untereinander einen vorgegebenen Winkel bilden, um die
Tiefe der Strahlungskeule der Antenne zu reduzieren.
-
Es ist anzumerken, daß die Erfassungsvorrichtung gemäß
der Erfindung den Vorteil aufweist, zwischen der Richtung
und dem Bewegungssinn einer erfaßten beweglichen Einheit
zu unterscheiden und somit die Winkelkomponente der
Bewegung berücksichtigt. Dieses selektive Verhalten des
Detektors gemäß der Erfindung hat die Wirkung, die
Erfassung des parallelen Verkehrs in unmittelbarer Umgebung
beispielsweise einer automatischen Tür zu beseitigen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
-
Die Fig. 1 bis 3 zeigen schematische Ansichten eines
Ausführungsbeispiels des Höchstfrequenzteils eines
Personen und/oder eines Gegenstandsdetektors.
-
Fig. 4 zeigt ein Erfassungskeule eines Detektors, der
einer automatischen Schiebetür zugeordnet ist.
-
Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei Beispiele von
Erfassungskeulen, die von einer Hornantenne ausgesendet werden.
-
Die Fig. 7 und 8 zeigen die Erfassungskeulen in
unmittelbarer Umgebung einer automatischen Tür, die mit einem
Detektor mit Hornantenne ausgerüstet ist.
-
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht der Bewegung von Fußgängern
in unmittelbarer Umgebung einer automatischen Tür.
-
Fig. 10 zeigt die Erfassung eines Fußgängers in der
Umgebung einer automatischen Tür am Gehsteig-Bordstein.
-
Die Fig. 11 und 12 zeigen schematisch eine automatische
Trommeltür, die mit einer herkömmlichen Höchstfrequenz-
Schutzvorrichtung ausgerüstet ist.
-
Die Fig. 13 und 14 zeigen schematisch eine automatische
Schwenktür, die mit einer herkömmlichen Höchstfrequenz-
Schutzvorrichtung ausgerüstet ist.
-
Die Fig. 15 und 16 zeigen schematisch eine Rolladentür,
die mit einer herkömmlichen
Höchstfrequenz-Schutzvorrichtung ausgerüstet ist.
-
Die Fig. 17 bis 19 sind zu den Fig. 1 bis 3 analoge
Ansichten des Höchstfrequenzteils eines Detektors, der
mit einer Antenne ausgerüstet ist, die so berechnet ist,
daß sie eine breite Keule mit geringer Tiefe bzw. eine
schmale und tiefe Keule ausbildet.
-
Die Fig. 20 und 21 zeigen Erfassungskeulen, die von der
in den Fig. 17 bis 19 gezeigten Antenne ausgebildet
werden.
-
Fig. 22 ist eine Darstellung der matrixförmigen Keule,
die von einem aktiven Infrarotdetektor vor einer
automatischen Schiebetür ausgebildet wird.
-
Fig. 23 zeigt ein Mehrkeulen-Ultraschallerfassungssystem.
-
Fig. 24 zeigt einen Schlitzwellenleiter.
-
Die Fig. 25 und 26 sind schematische Ansichten einer
Ausführungsform einer Schlitzwellenleiter-Antenne gemäß
der Erfindung.
-
Fig. 27 zeigt in relativem Maßstab die
Leistungsverteilung längs einer Schlitzwellenleiter-Antenne.
-
Fig. 28 zeigt das Polardiagramm der Strahlung der
Schlitzwellenleiter-Antenne, die in den Fig. 25 und 26
gezeigt ist.
-
Die Fig. 29 und 30 zeigen im Querschnitt bzw. im Aufriß
die Schlitzwellenleiter-Antenne, die in den Fig. 25 und
26 gezeigt ist, jedoch mit Reflektoren versehen ist.
-
Fig. 31 zeigt das Polardiagramm der Strahlung der in den
Fig. 29 und 30 gezeigten Schlitzwellenleiter-Antenne.
-
Fig. 32 zeigt eine Befestigungsweise der Reflektoren an
einem Wellenleiter.
-
Fig. 33 zeigt eine Schlitzwellenleiter-Antenne mit
Reflektoren, die insgesamt aus einem stranggepreßten Teil
gebildet ist.
-
Fig. 34 zeigt eine Ausführungsform ähnlich derjenigen von
Fig. 33, die jedoch aus zwei zusammengefügten Teilen
gebildet ist.
-
Fig. 35 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Antenne
gemäß der Erfindung.
-
Fig. 36 zeigt eine Schlitzwellenleiter-Antenne gemäß der
Erfindung, die aus einem stranggepreßten Gehäuse gebildet
ist.
-
Fig. 37 ist eine schematische Darstellung eines
automatischen Transportfahrzeugs, das mit einem Detektor mit
Antenne gemäß der Erfindung ausgerüstet ist.
-
Fig. 38 zeigt eine automatische Schiebetür, die mit einem
Detektor gemäß der Erfindung ausgerüstet ist.
-
Fig. 39 ist eine schematische Querschnittsansicht einer
Trommeltür, die mit Detektoren gemäß der Erfindung
ausgerüstet ist.
-
Fig. 40 zeigt die Entwicklung des Signals, das von einem
Bewegungsdetektor mit Antenne gemäß der Erfindung
geliefert wird, die am unteren Teil einer Rolladentür
befestigt ist, in dem Fall, in dem sich im Erfassungsfeld
keinerlei Hindernis befindet.
-
Fig. 41 ist der Fig. 40 ähnlich, sie zeigt jedoch das
Signal, wenn eine Aluminiumplatte im Erfassungsfeld auf
Höhe des Bodens gleitet und dann daraus zurückgezogen
wird.
-
Fig. 42 ist der Fig. 40 ähnlich, sie zeigt jedoch das
Signal, wenn eine Hand im Erfassungsfeld ungefähr 1 m
über dem Boden gleitet und dann aus dem Erfassungsfeld
zurückgezogen wird.
-
Fig. 43 zeigt die Entwicklung des Signals, das von einem
Bewegungsdetektor mit Antenne gemäß der Erfindung
geliefert wird, der im oberen Teil eines Türflügels einer
Trommeltür befestigt ist, in dem Fall, in dem im
Erfassungsfeld keinerlei Hindernis vorhanden ist, und in dem
Fall, in dem eine Hand in das Erfassungsfeld eingeführt
und dann zurückgezogen wird.
-
Wie an sich bekannt ist (z. B. durch die FR-A-2160274),
ist ein Höchstfrequenz-Bewegungsdetektor mit Doppler-
Effekt herkömmlicherweise aus einem eigentlichen
Höchstfrequenzteil, der ein Sende-/Empfangsmodul und eine
Antenne enthält, sowie aus einer elektronischen Schaltung
aufgebaut, die die Versorgung des Detektors und die
Verarbeitung des Doppler-Signals gewährleistet. Fig. 1
ist eine schematische Ansicht des Höchstfrequenzteils
eines Detektors des obengenannten Typs: Es sind ein
Sende-/Empfangsmodul 10 und eine Hornantenne 20 zu
unterscheiden. Fig. 2 ist eine ähnliche Ansicht nach der
Drehung der Gesamtheit um 90º um ihre Längsachse. Fig. 3
zeigt eine Vorderansicht der Gesamtheit.
-
Das Sende-/Empfangsmodul, das an sich bekannt ist, ist
beispielsweise (Fig. 2) aus einem Hohlraumresonator
gebildet, in dem eine korrekt gespeiste Gunn-Diode 11 ein
Höchstfrequenzsignal 12 erzeugt, das mittels der Antenne
20 in den Raum gestrahlt wird. Das Modul arbeitet
beispielsweise mit einer Frequenz von 24,125 GHz (K-Band).
Selbstverständlich ist die folgende Beschreibung auch für
andere Frequenzen gültig. Lediglich die Abmessungen der
verschiedenen konstitutiven Elemente dieses
Höchstfrequenzteils sind von der Frequenz des Senders/Empfängers
abhängig. Das Horn der Antenne 20 strahlt in den zwei
ihre Symmetrieachsen 21 und 22 enthaltenden Ebenen. Jedes
relativ zum Wirkfeld des Detektors sich bewegende
Hindernis reflektiert einen Teil der auftreffenden Welle, wobei
die so reflektierte Welle von der Antenne 20 aufgefangen
wird und mit der auftreffenden Welle kraft einer
Schottky-Diode 12, die im Wellenleiterabschnitt zwischen
dem Hohlraumresonator mit der Gunn-Diode 11 und der
Antenne 20 korrekt angeordnet ist, gemischt wird.
Folglich und wegen des Doppler-Effekts ist an den Anschlüssen
der Schottky-Diode 12 ein niederfrequentes Signal
verfügbar. Die Frequenz des Doppler-Signals ist zur relativen
Geschwindigkeit des erfaßten Hindernisses proportional,
während seine Amplitude zur Größe und zur Nähe des
erfaßten Hindernisses proportional ist. Bei Abwesenheit eines
beweglichen Ziels im Erfassungsfeld des Detektors ist das
Signal an den Anschlüssen der Schottky-Diode 12 ein
Rauschsignal, dessen Amplitude praktisch null ist.
-
Wiederum in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel wird das an
den Anschlüssen der Schottky-Diode 12 verfügbare Doppler-
Signal in eine (nicht gezeigte) elektronische
Erfassungsschaltung eingegeben, die ein aktives Signal erzeugen
kann, um die Automatik zu steuern, die eine automatische
Vorrichtung, beispielsweise eine automatische Tür,
steuert, wenn im Erfassungsfeld eine Person oder ein
Gegenstand in Bewegung erfaßt worden ist.
-
Herkömmlicherweise ist der
Höchstfrequenz-Bewegungsdetektor mit Doppler-Effekt, der dazu vorgesehen ist,
gegebenenfalls beispielsweise an die automatische Tür ein
Erfassungssignal zu liefern, im oberen Teil dieser Tür
angeordnet und sendet das Höchstfrequenzsignal von oben
nach unten in einem vorgegebenen Winkel aus.
-
Der Raumabschnitt, der sich vor dem Detektor befindet und
in dem jede sich bewegende Person oder jeder sich
bewegende Gegenstand erfaßt werden kann, bildet dasjenige,
was allgemein Erfassungskeule genannt wird. Fig. 4 zeigt
die Erfassungskeule eines Detektors 30, der einer
automatischen Schiebetür 40 zugeordnet ist. Sie besitzt die
Form eines schrägen Kegels 50, dessen Grundfläche 60, die
auf Höhe des Bodens schraffiert ist, ellipsenförmig ist.
Die Achse dieses Kegels bildet mit der Vertikalen einen
bestimmten Winkel α. Die Form und die Größe der
Erfassungskeule sind durch die Abmessungen der Antenne und
durch die Empfindlichkeit der elektronischen
Erfassungsschaltung gegeben.
-
Die Fig. 5 und 6 zeigen Erfassungskeulen 60, die von
einer Hornantenne ausgesendet werden. Die
Strahlungscharakteristiken einer Hornantenne sind von der Art, daß die
Breite 1 der entsprechenden Keule 60 um so größer ist, je
näher beieinander sich die gegenüberliegenden Wände 70
und 71 der Antenne befinden, und umgekehrt. Daraus ist
ersichtlich, daß es anhand einer Antenne mit
rechtwinkligem Querschnitt einfach ist, eine schmale und tiefe
Erfassungskeule 60 (wie in Fig. 5 gezeigt) oder im
Gegensatz dazu eine breite und wenig tiefe Erfassungskeule 60
(wie in Fig. 6 gezeigt ist) zu erzeugen. Hierzu ist es
ausreichend, am Höchstfrequenzteil des Detektors oder am
Detektor selbst eine Drehung um 90º auszuführen, derart,
daß die Antenne eng beieinanderliegende gegenüberliegende
Wände 70 und 71 besitzt, um eine breite Keule 60 (Fig. 6)
auszubilden, oder daß sie beabstandete gegenüberliegende
Wände 70 und 71 aufweist, um eine schmale Keule 60
(Fig. 5) auszubilden.
-
In der Praxis ist es bequem, die Erfassungskeule in
unmittelbarer Umgebung einer automatischen Tür in einer
Draufsicht darzustellen, die dem Schnitt der
Erfassungskeule durch die Ebene des Bodens entspricht. Die sich
ergebende Kurve ist im wesentlichen ellipsenförmig, wie in
den Fig. 7 und 8 gezeigt ist. Hier finden sich
beispielsweise die Draufsicht 70 einer Schiebetür und die Keulen
60 am Boden für zwei Orientierungen der Antenne. Die
Fig. 7 und 8 entsprechen einem
Höchstfrequenz-Bewegungsdetektor, der mit einer Frequenz von 24,125 GHz arbeitet
und mit einer Hornantenne versehen ist, deren Abmessungen
(siehe Fig. 2 und 3) durch a = 21 mm, b = 7 mm und
L = 32 mm gegeben sind, was einer Antennenverstärkung von
ungefähr 10 dB entspricht. Der Detektor ist auf einer
Höhe von 2,20 m über dem Boden angeordnet. Fig. 7
entspricht dem Fall, in dem die Antenne voneinander
entfernte gegenüberliegende Wände 70 und 71 aufweist, was
ihr die Ausbildung einer schmalen Keule mit einer Breite
von beispielsweise 2,20 m und einer Tiefe von 3 m
ermöglicht. Fig. 8 entspricht dem Fall, in dem die Antenne
zwei voneinander entfernte gegenüberliegende Wände 70 und
71 aufweist, was ihr ermöglicht, eine breite Keule mit
einer Breite von beispielsweise 3,40 m und einer Tiefe
von 1,60 m auszubilden.
-
Die Dimensionsbetrachtungen, die auf die von den
Höchstfrequenz-Bewegungsdetektoren mit Doppler-Effekt
ausgebildeten
Erfassungskeulen bezogen sind, finden ebenso auf
Höchstfrequenzdetektoren Anwendung, die neben der
Bewegung auch das Vorhandensein von Personen oder von
unbeweglichen Gegenständen in ihrem Erfassungsfeld erfassen
können. In diesem Fall ist die Signalverarbeitung von der
obenbeschriebenen Verarbeitung des Doppler-Signals
grundsätzlich verschieden, alles was über die von den
Hornantennen entwickelten Keulen gesagt worden ist, bleibt
jedoch auch in diesem Anwendungsfall gültig.
-
Der Erfassungsprozeß hat zur Folge, daß jede Person oder
jeder Gegenstand in Bewegung unabhängig von seinem
Annäherungswinkel in bezug auf den Detektor erfaßt wird, wie
in Fig. 9 gezeigt ist, in der eine Querschnittsansicht
einer automatischen Schiebetür 40 gezeigt ist, die mit
einem Detektor 30 ausgerüstet ist, der eine
Erfassungskeule 60 ausbildet. Der Fußgänger 1, der sich der Tür
senkrecht annähert, wird ebenso erfaßt wie der Fußgänger
2, der sich parallel zur Tür bewegt, und wie der
Fußgänger 3, der sich der Tür schräg nähert. Für eine
automatische Tür, die sich vor einem im wesentlichen leeren Raum
befindet, ist dieser Erfassungsmodus gut geeignet und
führt zu einer wirksamen Öffnung der Tür. Eine gewisse
Anzahl von Anwendungsfällen erzwingen jedoch, daß die vom
Detektor ausgebildete Erfassungskeule eine relativ
geringe Tiefe besitzt. Dies ist beispielsweise der Fall für
die Höchstfrequenz-Bewegungsdetektoren mit
Doppler-Effekt, die dazu vorgesehen sind, eine automatische Tür 40
zu steuern, die längs eines Gehsteigs 80 oder einer
Geschäftegalene angeordnet sind. Fig. 10 zeigt, daß der
unaufhörliche Verkehr der Fußgänger wie etwa 2, die auf
dem Gehsteig laufen, ohne in die Tür eintreten zu wollen,
das Öffnen dieser Tür nicht hervorrufen darf, während
Fußgänger wie etwa 1 erfaßt werden müssen. Eine Lösung
für dieses Problem besteht darin, den Detektor 30
einzusetzen, der eine breite Keule 60 mit geringer Tiefe
ausbildet,
die im allgemeinen in dem Raum enthalten ist, der
die Tür vom eigentlichen Gehsteig trennt. Eine bessere
Lösung bestände darin, den Detektor mit einer
zusätzlichen Funktion zu versehen, die ihn für jede zur Türebene
parallele Bewegung unempfindlich macht, dies würde jedoch
die Kosten erhöhen.
-
Gleiches gilt für den Fall von Höchstfrequenzdetektoren,
die dazu vorgesehen sind, den Schutz von Personen vor den
beweglichen Türflügeln einer Trommeltür zu schützen, wie
in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist. Der Detektor 30 ist am
oberen Teil eines Türflügels 40 befestigt und lenkt seine
Erfassungskeule 60 von oben nach unten. Der
Erfassungsprozeß muß die Verlangsamung oder sogar das Anhalten der
Trommeltür zur Folge haben, wenn sich in ihr eine Person
mit einer Geschwindigkeit bewegt, die kleiner als die
Tangentialgeschwindigkeit des Türflügels ist, und wenn
sie im Begriff ist, vom Türflügel, der ihr vorhergeht,
eingeholt und berührt zu werden, mit Folgen, die
schädlich sein können. Wenn der an jedem Türflügel befestigte
Detektor diesen bei seiner Drehbewegung begleitet, ist es
wünschenswert, daß die Tiefe der Erfassungskeule, die auf
Höhe des Bodens gemessen wird, verhältnismäßig gering
ist. Dies ermöglicht einerseits, daß diejenigen Personen
nicht erfaßt werden, die sich mit normalem Verhalten in
den Abschnitten der Trommeltür bewegen, und andererseits,
daß Hindernisse ohne Bedeutung nicht erfaßt werden. Somit
hat ein Detektor, der, wie in Fig. 12 gezeigt ist, eine
tiefere Erfassungskeule, etwa 61, ausbildet, die
unerwünschte Erfassung der mit 90 und 91 bezeichneten festen
Ränder der äußeren Einfassung der Trommeltür zur Folge.
-
Ein zum vorhergehenden sehr ähnlicher Fall ist derjenige
von Höchstfrequenzdetektoren, die dazu vorgesehen sind,
den Schutz von Personen vor oder hinter dem beweglichen
Türflügel einer Schwenktür sicherzustellen, wie in den
Fig. 13 und 14 gezeigt ist. Der Detektor 30 ist am oberen
Teil des Türflügels 40 befestigt und lenkt seine
Erfassungskeule 60 von oben nach unten. Der Erfassungsprozeß
muß die Verlangsamung oder sogar das Anhalten der
Schwenktür zur Folge haben, wenn sich eine Person in der
Nähe bewegt, während die Tür in Bewegung ist und die
Person - mit schädlichen Folgen - berühren kann. Wenn der
am beweglichen Türflügel befestigte Detektor diesen bei
seiner Drehbewegung begleitet, ist es wünschenswert, daß
die Tiefe der Erfassungskeule, die auf Höhe des Bodens
gemessen wird, verhältnismäßig reduziert ist, um keine
Hindernisse ohne Bedeutung zu erfassen. Wie in Fig. 14
gezeigt ist, hätte daher der Detektor 30, der eine
tiefere Erfassungskeule, etwa 61, ausbildet, die
unerwünschte Erfassung einer Mauer 100 zur Folge, wenn sich
die Tür noch immer in der Öffnungsphase befindet, während
ein Detektor 31, der sich auf der anderen Seite der Tür
befindet und ebenfalls eine tiefere Keule, etwa 61,
ausbildet, die unerwünschte Erfassung einer festen Säule
der Tür wie etwa 101 zur Folge hätte.
-
Ein nochmals weiterer Fall, der den Einsatz eines
Detektors erfordert, der eine weniger tiefe Erfassungskeule
aufweist, betrifft den Schutz der horizontalen Unterkante
einer Rolladentür. Eine Rolladentür oder Abschnittstür
besitzt die Form eines Fensterladens, der aus aneinander
angewinkelten Abschnitten gebildet ist, die sich vertikal
durch Translation in seitlichen Führungen bewegen und in
ihrem oberen Teil wie ein Fensterrollo aufgewickelt
werden, wie in Fig. 15 gezeigt ist. Der gefährliche Teil
dieser Art von Türen ist deren Unterkante. Während der
Abwärtsbewegung der Tür kann ihre Unterkante eine
darunter befindliche Person berühren und eventuell verletzen.
Ebenso kann ein im Wirkungsbereich der Tür
zurückgelassener Gegenstand durch sie beschädigt werden. Der Schutz
dieser gefährlichen Zone kann mittels eines Detektors 30
verwirklicht werden, der unter dem Rand der Rolladentür
40 befestigt ist und seine Erfassungskeule 60 von oben
nach unten lenkt. Der Erfassungsprozeß muß die
Verlangsamung oder sogar das Anhalten der Rolladentür im Fall
einer Gefahr zur Folge haben. Wenn der an der beweglichen
Tür befestigte Detektor diese bei ihrer
Translationsbewegung begleitet, ist es wünschenswert, daß die Tiefe der
Erfassungskeule, die auf Höhe des Bodens gemessen wird,
verhältnismäßig reduziert ist, um keine Hindernisse ohne
Bedeutung zu erfassen. Daher würde der Detektor 30, der,
wie in den Fig. 15 und 16 gezeigt ist, eine tiefere
Erfassungskeule, etwa 61, ausbildet, beispielsweise die
unerwünschte Erfassung von Gegenständen oder von
Fahrzeugen zur Folge, die sich in der Nähe der Tür befinden,
ohne daß sie an sie stoßen kann, mit der Folge eines
unerwünschten und nicht gerechtfertigten Anhaltens der
Tür.
-
Die Liste der Verwendungsbeispiele von eine schmale Keule
aufweisenden Detektoren ist offensichtlich nicht
einschränkend und nicht auf das Gebiet der automatischen
Türen begrenzt. Jede ähnliche Anwendung ist als Teil des
Kontexts der Erfindung, die weiter unten dargelegt wird,
anzusehen.
-
Die Technologie der Hornantennen ermöglicht die teilweise
Lösung des Problems der Erfassung in einer Keule mit
geringer Tiefe. Die Abmessungen der Erfassungskeule
hängen nämlich stark vom Verhältnis der Abmessungen des
rechtwinkligen Querschnitts der Hornantenne ab. Außerdem
ist die Keule um so schmäler, je weiter entfernt die
entsprechenden gegenüberliegenden Wände sind, und
umgekehrt. Die Antenne 20, die in den Fig. 17 bis 19 gezeigt
ist und deren Abmessungen beispielsweise a = 50 mm,
b = 9 mm und L = 36 mm lauten, ermöglicht entsprechend
ihrer Orientierung die Ausbildung einer breiten Keule mit
geringer Tiefe oder einer schmalen Keule mit großer
Tiefe. Auch in diesem Fall arbeitet das
Sende/Empfangsmodul 10 beispielsweise mit einer Frequenz von
24,125 GHz. Die Verstärkung der Antenne liegt in der
Größenordnung von 13 dB.
-
Die Fig. 20 und 21 zeigen die herkömmlichen
Erfassungskeulen in unmittelbarer Umgebung einer automatischen
Schiebetür, wie sie von einer Hornantenne projiziert
werden. Der Detektor ist auf einer Höhe von 2,20 m
oberhalb des Bodens angeordnet. Fig. 20 entspricht dem Fall,
in dem die Antenne voneinander entfernte
gegenüberliegende Wände 70 und 71 aufweist, was ihr die Ausbildung
einer schmalen Keule, z. B. mit einer Breite von 1 m und
einer Tiefe von beispielsweise 3 m, ermöglicht. Fig. 21
entspricht dem Fall, in dem die Antenne nahe beieinander
befindliche gegenüberliegende Wände 70 und 71 aufweist,
was ihr ermöglicht, eine breite Keule mit einer Breite
von beispielsweise 3,4 m und einer Tiefe von 1 m
auszubilden.
-
Es wird jedoch festgestellt, daß im zweiten Fall die
Keule eine Tiefe besitzt, die kaum geringer als 1 m ist.
Dies macht diese Lösung unter bestimmten Einschränkungen
für den Fall der Erfassung längs eines Gehsteigs oder
einer Geschäftegalerie geeignet, für die vorzugsweise
eine Erfassungskeule mit sehr geringer Tiefe notwendig
ist. Diese Lösung findet jedoch auf die in den Fig. 11
bis 16 gezeigten Beispiele keine zufriedenstellende
Anwendung. Eine Keule mit einer Tiefe von 1 m hat mit
Sicherheit unangemessene Erfassungen zur Folge.
Andererseits ermöglicht sie nicht die Unterscheidung der
Richtung und des Bewegungssinns der erfaßten beweglichen
Einheiten. Daraus folgt, daß die praktische Einschränkung
der Technologie der Hornantennen auf Keulen mit
Abmessungen mit einer Tiefe von nicht weniger als 1 m die
Verwendung
der herkömmlichen Höchstfrequenzdetektoren in diesen
Fällen ungeeignet macht. Wie weiter oben gesagt worden
ist, gilt das vorhergehende auch für die Höchstfreqenz-
Anwesenheitsdetektoren, die mit Hornantennen versehen
sind.
-
Gewiß ist es derzeit möglich, in bestimmtem Maß die
Erfassung mit schmaler Keule mit anderen Technologien zu
beherrschen. Die Technologie der aktiven
Infraroterfassung verfährt beispielsweise durch Aussenden von
Infrarotstrahlung in einer Erfassungskeule und durch Messung
der von der Umgebung oder von jeglichem zu erfassenden
Hindernis reflektierten diffusen Strahlung. Die auf
dieser Technologie basierenden Detektoren weisen manchmal
den Vorteil auf, daß sie die Anwesenheit von Personen
oder von unbeweglichen Gegenständen erfassen. Wenn sie
mit korrekt dimensionierten zylindrischen Fresnel-Linsen
ausgerüstet sind, ermöglichen diese Detektoren die
Erfassung der Anwesenheit und der Bewegung einer Person oder
eines Gegenstandes in der im allgemeinen breiten
Erfassungskeule mit sehr stark reduzierter Tiefe,
beispielsweise geringer als 30 cm, und bilden ein Erfassungs- oder
Schutzgitter.
-
Aus den Fig. 10 bis 14 geht hervor, daß die
Charakteristiken der Infrarotgitter für diese Anwendungsart perfekt
geeignet sind. Dies gilt jedoch nicht für die in den
Fig. 15 und 16 gezeigte Rolladentür, sofern die
Nutzreichweite der aktiven Infrarotdetektoren auf 2,50 m
eingeschränkt ist, wie dies häufig der Fall ist, während
die Rolladentüren Höhen besitzen, die im allgemeinen
größer als 3 m sind und oftmals 5 m erreichen.
-
Andererseits ist wohlbekannt, daß die optoelektronischen
aktiven Infrarotdetektoren eine gewisse Anzahl von
Unvollkommenheiten aufweisen, die ihrer Technologie
eigentümlich
sind. Es handelt sich insbesondere um eine
gewisse Empfindlichkeit gegenüber der Art, der Farbe und
dem Reflexionsvermögen der von ihr abgedeckten
Hintergrundebene, d. h. gegenüber den Kontrasten der Umgebung,
die, wenn sie schwanken, eine große Anzahl parasitärer
Erfassungen zur Folge haben können. Nur eine geeignete
Signalverarbeitung ermöglicht, daß diese Detektoren von
diesen Unvollkommenheiten befreit werden, dies jedoch um
den Preis einer gewissen Komplexität.
-
Schließlich empfiehlt es sich anzumerken, daß eine
bekannte Variante der Technik der aktiven Infraroterfassung
ermöglicht, den Detektor mit einer Funktion zur
Berücksichtigung des Annäherungswinkels der beweglichen Einheit
im Erfassungsfeld zu versehen. Dies bildet in der in
Fig. 10 gezeigten Situation einen Vorteil, in dem die auf
dem Gehsteig (und daher parallel zur Ebene der Tür)
laufenden Fußgänger, die nicht die Absicht haben
einzutreten, nicht erfaßt werden dürfen. Diese Technik besteht
darin, Infrarotstrahlungen in einem matrixförmigen Gitter
aus diskreten Sendern, beispielsweise aus drei Zeilen mit
vier Spalten, die in Fig. 22 mit L1, L2, L3 und C1 bis C4
bezeichnet sind, auszusenden. Der Detektor 30 ist dann
beispielsweise vor einer automatischen Schiebetür 40
angeordnet. Die Sender werden nacheinander durch
horizontale Abtastung L1-Cl, L1-C2, ... L3-C4 aktiviert, während
die Strahlungen in ein matrixförmiges Gitter von
diskreten Empfängern, die mit den entsprechenden Sendern
synchronisiert sind, reflektiert werden. Eine
Signalverarbeitung, die mit der Bildverarbeitung verwandt ist,
ermöglicht die Entnahme von Informationen bezüglich der
Richtung und des Verschiebungssinns der erfaßten
beweglichen Einheit, die in Fig. 22 durch Pfeile dargestellt
ist. Diese Verarbeitung ist jedoch verhältnismäßig
komplex, ferner sind die auf dieser Technik basierenden
Detektoren teuer. Darüber hinaus werden sie von den der
aktiven Infrarottechnologie eigentümlichen
Unvollkommenheiten beeinflußt.
-
Schließlich könnte die Technik der Erfassung der
Anwesenheit - und a fortion der Bewegung - durch Messung der
Ausbreitungszeit von Ultraschallwellen für bestimmte der
obengenannten Anwendungsfälle geeignet sein. Die
Ultraschalldetektoren weisen jedoch bestimmte Nachteile auf,
insbesondere die unerwünschten Erfassungen aufgrund der
Modifikation der Empfindlichkeit des Detektors in
Abhängigkeit von klimatischen Bedingungen (Temperatur,
Feuchtigkeit), der Empfindlichkeit gegenüber Luftströmungen,
der Empfindlichkeit gegenüber Schwingungen und gegenüber
mechanischen Geräuschen, das Fehlen einer Erfassung für
nicht orthogonale oder mit absorbierenden Materialien wie
etwa Wolle oder Gewebe bedeckten Zielen, wobei diese
Situationen in der Umgebung einer automatischen Tür
üblich sind. Die Erfassungskeule 60 auf Höhe des Bodens
eines solchen Detektors ist im allgemeinen kreisförmig
mit einem ausreichend reduzierten Durchmesser in der
Größenordnung von 50 cm, wie in Fig. 23 gezeigt ist. Ein
Mehrfachdetektor 30 ist dann über der automatischen Tür
40 angeordnet und lenkt seine Ultraschallstrahlenbündel
50 von oben nach unten.
-
Die geringe Abmessung einer Keule ist für die in den
Fig. 10 bis 16 gezeigten Anwendungsfälle aufgrund der
Tiefe der Keulen günstig, sie ist jedoch bezüglich der
Breite der Keule, die kreisförmig ist, ungeeignet. Es ist
daher notwendig, in den meisten Fällen mehrere Detektoren
gleichzeitig zu verwenden, wie in Fig. 23 gezeigt ist, um
die seitliche Abdeckung zu erweitern. Dies erhöht
selbstverständlich den Installationspreis. Außerdem ist die
Technik kaum geeignet, die Winkelkomponente der Bewegung
der erfaßten beweglichen Einheit zu berücksichtigen.
-
Schließlich können in den Anwendungen, in denen der
Detektor sich mit der Tür oder mit einem beweglichen
Element bewegt, die durch diese Bewegung erzeugten
Schwingungen die Erfassung nur wenig zuverlässig machen.
-
Die vorliegende Erfindung bietet eine Lösung für das
Problem der Erfassung in einer Keule mit verringerter
Tiefe und schlägt eine Erfassungsvorrichtung vor, die
eine Antenne verwendet, die insbesondere eine Erfassung
in einer bevorzugten Richtung gewährleistet.
-
Das Grundkonzept der Erfindung besteht darin, die
Höchstfrequenztechnologie zu verwerten und die Eigenschaften
einer langgestreckten Strahlerantenne zu nutzen, die
mehrere Strahlerelemente aufweist, die längs der Antenne
verteilt sind und in der Weise angeordnet sind, daß jedes
von ihnen in eine zur Längsrichtung der Antenne im
wesentlichen senkrechte Richtung strahlt. Die Eigenschaften
der Strahlung der Schlitzstrahlerantennen sind
insbesondere durch EP-A-0440126 offenbart.
-
Ein Ausführungsbeispiel einer langgestreckten
Strahlerantenne ist durch eine Wellenleiterantenne mit
Strahlerschlitzen gegeben, wie sie beispielsweise in Fig. 24
gezeigt ist. Diese Antenne ist aus einem rechtwinkligen
Wellenleiter 110 gebildet. Die Abmessungen a und b dieser
Antenne hängen von der Frequenz der übertragenen Welle
ab, wobei eine der Flächen 111, im allgemeinen die
schmalste, von gleichmäßig beabstandeten Schlitzen 120
durchsetzt ist, durch die hindurch die elektromagnetische
Energie gestrahlt wird. Die im Leiter, übertragene und
durch die Schlitze 120 gestrahlte Welle wird an einem der
Enden des Wellenleiters durch einen geeigneten Sender (in
Fig. 24 nicht gezeigt) erzeugt. Die Schlitze 120 sind um
eine Strecke, die gleich λg/2 ist, wobei λg die
Wellenlänge der übertragenen Welle im Wellenleiter ist,
regelmäßig
beabstandet. Außerdem sind die Schlitze abwechselnd
um einen Winkel θ in einer Richtung und in der
entgegengesetzten Richtung geneigt, damit sämtliche Schlitze in
Phase strahlen.
-
Das Vorhandensein der geneigten Schlitze 120 in der
kurzen Seite des Leiters 11 unterbricht die
Oberflächenströme 130, die in den Wänden des Leiters infolge der
Ausbreitung 4er Welle im Leiter entstehen. Dadurch
entsteht ein transversales elektromagnetisches Feld, dessen
Ausbreitung in einer bevorzugten Richtung 140 senkrecht
zur kurzen Seite des Wellenleiters erfolgt. Für eine
Antenne, die eine elektromagnetische Strahlung mit einer
Frequenz von 24,125 GHz aussendet, lauten die genormten
Abmessungen des Leiters: a = 10,668 mm und b = 4,318 mm.
Bei der gewählten Frequenz beträgt die Wellenlänge im
Leiter 15,303 mm, was einem Abstand zwischen den
Schlitzen von 7,65 mm entspricht. Die Schlitze besitzen
beispielsweise eine Breite von 1 = 1 mm, ihre Tiefe p
beträgt 1,50 mm, wobei sie um einen Winkel θ = 5º in bezug
auf die Vertikale geneigt sind.
-
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den
Fig. 25 und 26 gezeigt ist, wird ein Ende des
Wellenleiters durch einen Sender/Empfänger 10 gespeist, der sich
im Abstand λg vom ersten Schlitz befindet und dessen
Funktionsprinzip oben beschrieben und in den Fig. 1 bis 3
gezeigt worden ist. Das andere Ende endet in einer
angepaßten Last 150, die beispielsweise durch ein
Absorptionsmittel gebildet ist, die sich bei 3λg/4 vom letzten
Schlitz befindet. Die Anpassung der Abschlußlast
ermöglicht die Gewährleistung einer möglichst gleichmäßigen
Verteilung der abgestrahlten Leistung längs des Leiters.
Andere Ausführungsformen der angepaßten Abschlußlast sind
möglich. Gleiches gilt für jede Variante, gemäß der die
Strahlerschlitze in der langen Seite des Wellenleiters
ausgebildet sind. Eine angepaßte Last ist bereits am Ende
eines Wellenleiters verwendet worden (siehe
EP-A-0109552), hier handelt es sich jedoch um einen
Wellenleiter, auf dem die Antennen in regelmäßigen
Intervallen fixiert sind, und nicht um einen
Schlitzwellenleiter.
-
Die Schlitzwellenleiter-Antenne besitzt eine Länge, die
von der ausgesendeten Frequenz und von der Anzahl der in
der kurzen Seite 111 des Leiters ausgebildeten Schlitze
abhängt. Beispielsweise besitzt eine Antenne, die mit
24,125 GHz arbeitet und neunzig Schlitze zählt, eine
Länge L = 707,6 mm (siehe Fig. 25 und 26). Größere Längen
in der Größenordnung von mehreren Metern sind jedoch ohne
weiteres zu verwirklichen.
-
Die Fig. 27 zeigt in relativem Maßstab die Verteilung der
Leistung P längs einer Antenne mit einer Länge von 1,50 m
und einer Anzahl N von Schlitzen, z. B. neunzig
Schlitzen, die auf der Abszisse aufgetragen ist. Es wird
festgestellt, daß die angepaßte Last ermöglicht, eine Keule
mit sehr guter longitudinaler Gleichmäßigkeit zu
erhalten. Daraus folgt, daß eine erste Bedingung, die die
Anwendung der Schlitzwellenleiter-Antennen auf Detektoren
ermöglicht, die Keulen mit breiten Erfassungskeulen
geringer Tiefe ausbilden, erfüllt ist. Aus den in den
Fig. 11 bis 16 gezeigten Anwendungen geht nämlich hervor,
daß die vom Detektor ausgebildete Keule in
Breitenrichtung, d. h. parallel zur Ebene der automatischen Tür, so
gleichmäßig wie möglich sein muß.
-
Im Fall einer Schlitzwellenleiter-Antenne mit großer
Länge (z. B. > 1 m) ist es gut möglich, die Verteilung
der abgestrahlten Leistung längs des Wellenleiters zu
optimieren, indem die Neigung θ der Schlitze in
Abhängigkeit von ihrer Entfernung vom Sender/Empfänger 10 erhöht
wird. Diese Modifikation der Neigung θ der Schlitze kann
selbstverständlich in Gruppen von Schlitzen erfolgen: So
können die n&sub1; ersten Schlitze beispielsweise eine Neigung
θ&sub1; besitzen, die n&sub2; folgenden Schlitze können eine
Neigung θ&sub2; besitzen, mit θ&sub2; > θ&sub1;, usw., um die Leistung
längs der Antenne gleichmäßig zu machen.
-
Die zweite von der Schlitzwellenleiter-Antenne zu
erfüllende Bedingung besteht darin, eine Keule mit sehr
schmaler Winkelöffnung in einer zur Leiterachse senkrechten
Ebene auszubilden.
-
Fig. 28 zeigt das Polardiagramm der Strahlung der in den
Fig. 25 und 26 gezeigten Antenne. Die
Schlitzwellenleiter-Antenne ist senkrecht zur Ebene des Diagramms im
Koordinatenursprung angeordnet, wobei die Schlitze nach
unten strahlen. Nach den ausgeführten Messungen wird
festgestellt, daß die Antenne quasi-isotrop strahlt,
wodurch die Erzeugung einer schmalen Keule unmöglich ist.
Die herkömmliche Öffnung bei -3 dB der gemessenen
Strahlungskeule beträgt nämlich 2 x 30º. Unter diesen
Bedingungen und entsprechend der Empfindlichkeit des Detektors
könnte die theoretische Tiefe der Erfassungskeule bei
einer Erfassungshöhe von 2 m einen Wert von 2 m
erreichen.
-
Um den Öffnungswinkel der Keule zu reduzieren, die in
einer Ebene senkrecht zum Wellenleiter abgestrahlt wird,
sieht die Erfindung den Einsatz von korrekt
dimensionierten Reflektoren vor. Diese Reflektoren weisen
beispielsweise die Form von Metallplatten 160 und 161 auf, die mit
den langen Seiten des Wellenleiters fest verbunden sind,
wie in den Fig. 29 und 30 gezeigt ist, und bilden
untereinander einen Winkel α, der die kurze Seite 111 des mit
den Schlitzen durchsetzten Wellenleiters einschließt. Die
metallischen Reflektoren 160 und 161 können anhand von
Kupfer- oder Messingplatten, die in der Weise gebogen
sind, daß sie untereinander den Winkel α bilden, und an
die langen Seiten des Wellenleiters 110 angeschweißt
sind, konfektioniert sein.
-
Fig. 30 zeigt eine Seitenansicht der Schlitzwellenleiter-
Antenne, die in den Fig. 25 und 26 gezeigt ist, die
jedoch mit den obengenannten Reflektoren 160, 161
versehen ist. Diese besitzen beispielsweise einen
Öffnungswinkel α von 53,4º, während ihre Breite C 30 mm beträgt.
Kraft dieser Reflektoren, die im wesentlichen die Rolle
von gegenüberliegenden Wänden 70, 71 der Hornantenne
spielen, die in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, ist die
Winkelöffnung der Keule in einer zur Achse des Leiters
senkrechten Ebene stark reduziert, wie das Polardiagramm
der Strahlung von Fig. 31 zeigt. Es wird hier
festgestellt, daß die herkömmliche Öffnung bei -3 dB der
gemessenen Strahlungskeule auf 2 x 10º reduziert ist. Unter
diesen Umständen und entsprechend der Empfindlichkeit des
Detektors ist die theoretische Tiefe der Erfassungskeule
für eine Erfassungshöhe von 2 m geringer als 0,50 m, was
sehr gut den gewünschten Zielen für die in den Fig. 11
bis 16 gezeigten Anwendungen entspricht.
-
Eine weitere Ausführungsform und Befestigungsart der
Reflektoren gemäß der Erfindung besteht darin, die
metallischen Platten beiderseits des Wellenleiters mittels
eines in Fig. 32 gezeigten Klemmsystems zu befestigen.
Ein mit 170 bezeichnetes U-Profil klemmt die beiden Teile
der Reflektoren 160 und 161 gegen die langen Seiten des
Wellenleiters 110. Die Befestigung erfolgt beispielsweise
durch Preßschrauben 180, die längs des Wellenleiters
regelmäßig verteilt sind. Um einen gute elektrische
Kontinuität zwischen dem Wellenleiter 110 und jedem der
Reflektoren 160 und 161 sicherzustellen, kann ein
selbstklebender Leiter wie etwa 190 oder jedes andere
herkömmliche Mittel wie etwa ein leitender Klebstoff oder eine
leitende Paste verwendet werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform, die in Fig. 33 gezeigt
ist, sind der Wellenleiter 110 und die Reflektoren 160
und 161 aus einem einzigen Teil aus Aluminium gebildet,
das beispielsweise stranggepreßt ist. Die Schlitze 120
(in der Zeichnung nicht sichtbar) werden beispielsweise
durch Ausstanzen mit Hilfe eines besonderen Werkzeugs
oder durch Bearbeitung verwirklicht.
-
Unter der Voraussetzung der geringen Abmessungen der
Schlitzwellenleiter-Antenne mit Reflektoren kann es
nützlich sein, für eine bessere Zugänglichkeit des
Stanzwerkzeugs für die Schlitze dieses stranggepreßte
Aluminiumprofil aus zwei Teilen zu verwirklichen, die in
Fig. 34 mit 200 und 210 bezeichnet sind. Der Teil 200
entspricht dem eigentlichen Wellenleiter 110, während der
Teil 210 den Reflektoren 160, 161 entspricht. Da das
Profil 210 halboffen ist, eignet es sich einfach zum
Ausstanzen der in der Figur nicht gezeigten Schlitze 120.
Die beiden Teile 200 und 210 dieser Ausführungsform sind
aneinander beispielsweise mittels selbstschneidender
Schrauben 220 befestigt, die längs des Wellenleiters
regelmäßig angeordnet sind und in Befestigungsflansche
230 eingeschraubt sind. Die elektrische Kontinuität kann
durch die obengenannten Mittel 190, etwa einen Streifen
eines selbstklebenden Leiters, einen leitenden Klebstoff
oder eine leitende Paste, sichergestellt werden.
-
In Fig. 34 sind die Befestigungsflansche 230 auf Höhe der
die Schlitze 120 enthaltenden Ebene dargestellt. Diese
Flansche 230 können sich auf einer beliebigen Höhe längs
der langen Seiten des Wellenleiters 110 befinden. Andere
Befestigungsweisen der beiden Teile 200 und 210 der
stranggepreßten Schlitzwellenleiter-Antenne
(beispielsweise durch Verschweißen, Verkleben, Börteln oder Falzen)
können als Teil der Erfindung angesehen werden.
-
Eine besonders nützliche Ausführungsform der mit
Reflektoren versehenen Schlitzwellenleiter-Antenne besteht
gemäß der Erfindung darin, diese Vorrichtung aus zwei
Teilen zu verwirklichen, die wie im folgenden und mit
Bezug auf Fig. 35 beschrieben angeordnet sind. Der erste
Teil, der mit 250 bezeichnet ist, ist aus einem
halboffenen, stranggepreßten Aluminiumprofil gebildet, dessen
Boden 110 die Rolle eines Wellenleiterteils spielt und
dessen Seiten 160 und 161 die Rolle von Reflektoren
spielen. Es wird angemerkt, daß auf der gesamten Länge
des inneren Teils des Profils zwei einander zugewandte
Nuten 251 und 252 ausgebildet sind.
-
Der zweite Teil, der mit 260 bezeichnet ist, ist aus
einer metallischen Zunge gebildet, die in die beiden
Nuten 251 und 252 eingesetzt ist. Diese Zunge spielt die
Rolle der Strahlerfläche 111 des somit eingeschlossenen
Wellenleiters, vorausgesetzt, daß die (nicht
gezeichneten) Nuten vorgesehen sind, wie weiter oben gesagt worden
ist. Diese Lösung weist den Vorteil auf, die Bearbeitung
der Schlitze in der Zunge 260 in dem Maß zu vereinfachen,
indem dieser Vorgang vor ihrem Einsetzen in das Profil
ausgeführt werden kann, was eine optimale Zugänglichkeit
für das Stanzwerkzeug für die Schlitze gewährleistet. Es
ist klar, daß in dieser Ausführungsform die Schlitze eine
Länge besitzen, die wesentlich kleiner als die Breite 1
der Zunge ist. Es ist gezeigt worden, daß dies die
Charakteristiken des Strahlerfeldes in keiner Weise
beeinflußt.
-
Die Zunge 260 kann beispielsweise anhand einer
stranggepreßten metallischen Rechteckstange aus Kupfer oder aus
Aluminium konfektioniert werden. Eine besonders
vorteilhafte Lösung besteht darin, ein Epoxidharz zu verwenden,
das mit einer Kupfermetallisierung beschichtet ist, wie
es derzeit bei der Herstellung gedruckter Schaltungen
verwendet wird. In diesem Fall kann die Verwirklichung
der Strahlerschlitze durch Photoätzung - ein besonders
einfach auszuführendes Verfahren - erfolgen, was zu einer
präzisen und billigen Lösung führt.
-
In dem Fall, in dem der Neigungswinkel θ der Schlitze in
Gruppen von Schlitzen vorgesehen sein muß, um die
Strahlungsleistung bei einer Antenne mit großer Länge
gleichmäßig zu machen, kann diese Veränderung dadurch
verwirklicht werden, daß aufeinanderfolgende Zungen, die
Schlitze mit einem unterschiedlichen Winkel θ tragen, in
den Nuten 251 und 252 aufgereiht werden.
-
Schließlich kann Nutzen aus der Verwendung von
stranggepreßten Aluminiumprofilen gezogen werden, um aus einem
einzigen Teil gemäß der Erfindung das Gehäuse des
Detektors, den Hauptteil des Wellenleiters und die Reflektoren
zu verwirklichen: Dies ist in Fig. 36 gezeigt. Das
Gehäuse des Detektors, der die Schlitzwellenleiter-Antenne
verwendet, ist mit 270 bezeichnet, der Hauptteil des
Wellenleiters ist mit 110 bezeichnet und die Reflektoren
sind mit 160 und 161 bezeichnet. Wie weiter oben
erläutert worden ist, ist die Strahlerfläche des Wellenleiters
aus einer Zunge 260 gebildet, die in die Nuten 251, 252
eingesetzt ist, wobei die Fläche von in der Zeichnung
nicht dargestellten Schlitzen durchsetzt ist. Der Nutzen
dieser Anordnung besteht darin, daß das so gebildete
Gehäuse 270 weitere für die Funktion des Detektors
notwendige Elemente enthalten kann, beispielsweise eine
gedruckte Schaltung 280, die in Längsnuten 281 und 282
eingesetzt ist.
-
Zusammengefaßt ist in einer Ausführungsform der Erfindung
der Bewegungs- oder Anwesenheits-Höchstfrequenzdetektor
mit einer Schlitzwellenleiter-Antenne ausgerüstet, die
korrekt dimensioniert ist und mit einer geeigneten
Abschlußlast versehen ist, um die Strahlerleistung parallel
zur Achse des Wellenleiters so konstant wie möglich zu
machen, wobei die Antenne ferner mit Reflektoren versehen
ist, die in der Weise angeordnet sind, daß die
Winkelöffnung der Strahlerkeule begrenzt ist. Diese Anordnungen
ermöglichen die Erzeugung einer gewünschten
Strahlungskeule, deren Breite durch den Kontext der Anwendung
definiert ist, deren Tiefe jedoch auf 0,50 m oder weniger
verringert sein muß.
-
Fig. 37 zeigt den Fall eines automatischen
Transportfahrzeugs 240, beispielsweise eines drahtgelenkten
Lastkarrens. Das Fahrzeug ist mit einem Detektor 30 ausgerüstet,
der mit einer Schlitzwellenleiter-Antenne wie weiter oben
beschrieben versehen ist. Kraft der Vorrichtung gemäß der
Erfindung kann einerseits die Breite der Erfassungskeule
60 an die Breite des Fahrzeugs angepaßt werden und ist
zur Länge des verwendeten Wellenleiters proportional,
andererseits ist die Tiefe der vor das Fahrzeug
projizierten Keule kraft der verwendeten Reflektoren
ausreichend reduziert, um vorzeitige Erfassungen zu vermeiden,
insbesondere dann, wenn das Fahrzeug die Richtung ändert.
-
Es ist anzumerken, daß mit einer Antenne gemäß der
Erfindung die in Fig. 24 mit dem Pfeil 140 bezeichnete
Hauptstrahlungsrichtung zur kurzen Seite des Wellenleiters
senkrecht ist und daher zum Detektor selbst senkrecht
ist. Indessen sind auch transversale Komponenten
vorhanden, sie besitzen jedoch eine gegenüber der Amplitude der
Komponente 140 des elektromagnetischen Feldes weit
geringere Amplitude. Deshalb ermöglicht die Erfindung die
Verwirklichung eines Höchstfrequenz-Bewegungsdetektors
mit einer bevorzugten Erfassungsrichtung.
-
Fig. 38 zeigt einen Detektor 30 gemäß der Erfindung, der
an einer automatischen Schiebetür 40 angeordnet ist.
Dieser Detektor bildet auf Höhe des Bodens eine mit 60
bezeichnete Erfassungskeule. Aus dem vorangehenden folgt,
daß es möglich ist, nur diejenigen beweglichen Einheiten
zu erfassen, die mit einer zum Detektor senkrechten
Geschwindigkeitskomponente, d. h. in den mit 140
bezeichneten Richtungen, bewegt werden. Der Fußgänger 1, der
sich der Tür im wesentlichen senkrecht annähert, wird
erfaßt, während der Fußgänger 2, der sich parallel zur
Tür bewegt, nicht erfaßt wird. Wenn jedoch der Fußgänger
2 bei seiner Vorbeibewegung seine Bahn in Richtung zur
Tür lenkt, erzeugt er eine Geschwindigkeitskomponente in
Richtung des Detektors und wird erfaßt. Dieses selektive
Verhalten des Detektors gemäß der Erfindung ist höchst
wünschenswert, wenn der Detektor beispielsweise an einer
Tür in der Nähe eines Gehsteigs oder einer
Geschäftegalene installiert ist. In diesem Fall bildet die Erfassung
des parallelen Verkehrs in dem Maß, in dem die Fußgänger,
die sich parallel zur Tür vorbeibewegen, im allgemeinen
nicht die Absicht haben, in sie einzutreten, eine
Belästigung.
-
Selbstverständlich kann die Erfindung auch auf
Ausführungsformen von Antennen angewendet werden, die zu denen,
die in den Fig. 25 und 26 gezeigt sind, funktional
äquivalent sind. Dies trifft insbesondere bei einer Antenne
zu, in der ein Oszillator mit Feldeffekttransistor (FET),
der durch einen dielektrischen Resonator (DRO) gesteuert
wird, anstelle des obenbeschriebenen Senders/Empfängers
10 verwendet wird. Dies ist außerdem der Fall bei ebenen
Mikrostreifen-Antennen, die eine bestimmte Anzahl von
miteinander verbundenen Strahlerelementen besitzen, deren
Abmessungen und deren Abstände eine Abstrahlung von
Keulen ermöglichen, die ähnlich denen sind, die von der
weiter oben beschriebenen Schlitzwellenleiter-Antenne
abgestrahlt werden.
-
Eine vorteilhafte Variante dieses Systems zur Erfassung
des parallelen Verkehrs gemäß der Erfindung besteht
darin, anstelle des in den Fig. 25 und 26 gezeigten
Senders/Empfängers 10 einen an sich bekannten
unidirektionalen Sender/Empfänger zu verwenden. Dieser
unidirektionale Sender/Empfänger ist beispielsweise aus einem
Hohlraumresonator, einer Gunn-Diode für die Erzeugung der
elektromagnetischen Welle und aus zwei Schottky-Dioden,
die um einen Bruchteil der Wellenlänge phasenverschoben
sind und zwei Meßkanäle bilden, gebildet. Die beiden
Signale, die von den zwei Schottky-Dioden geliefert
werden, werden von einer Diskriminatorschaltung
analysiert, die in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung der
Signale die Unterscheidung der beweglichen Einheit, die
sich annähert, von der beweglichen Einheit, die sich
entfernt, ermöglicht. Die Verwendung von Detektoren, die
ausschließlich für Annäherungsbewegungen empfindlich
sind, ist somit möglich.
-
Der Vorteil dieser Variante ist ein doppelter. Da erstens
leichte Geschwindigkeitsschwankungen um die bevorzugte
Erfassungsrichtung möglich sind, ist ein System mit zwei
phasenverschobenen Kanälen gegenüber diesen Schwankungen
unempfindlicher, wobei es durch das Fehlen einer
Erfassung des parallelen Verkehrs nur noch leistungsfähiger
wird. Zweitens erfaßt ein solcher Detektor nur die
beweglichen Einheiten, die sich entfernen. Im Fall der
Anwendung auf eine automatische Tür ermöglicht dies das
vorzeitige Schließen derselben, was im Sinne der
Energieersparnis
ist. Es ist dann nämlich nicht notwendig, die Tür
offen zu halten, während sich eine Person von ihr
entfernt.
-
Anstatt der Verwendung eines Senders/Empfängers mit zwei
Kanälen für die Ausführung der obenbeschriebenen Variante
ist es gemäß der Erfindung auch möglich, einen
Sender/Empfänger mit einem Kanal zu verwenden, wie in den
Fig. 25 und 26 gezeigt ist, und den zweiten Meßkanal
anhand eines passiven Hohlraums zu bilden, der anstelle
der Abschlußlast befestigt ist und eine Schottky-Diode
trägt. Dieser passive Hohlraum hat beispielsweise die
Abmessungen eines Hohlraums 10, der in den Fig. 1 bis 3
gezeigt ist, er enthält jedoch keine Gunn-Diode. Eine
andere Weise der Verwirklichung dieser Variante gemäß der
Erfindung besteht darin, die Schlitzwellenleiter-Antenne
wie in den Fig. 25 und 26 gezeigt zu verwenden und die
zweite Schottky-Diode in den Wellenleiter selbst zwischen
dem letzten Schlitz und der Abschlußlast einzusetzen.
-
Es empfiehlt sich anzugeben, daß die
Erfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung auf bewegliche Türflügel 40
einer Trommeltür, wie sie in Fig. 39 gezeigt ist, doppelt
vorteilhaft angewendet werden kann. Einerseits ist die
Tiefe P der Keule 60 kraft der Erfindung verringert.
Andererseits ist der Detektor 30 für seitlichen Verkehr,
d. h. parallel zur Ebene des Türflügels 40,
unempfindlich. Dies ist günstig in dem Maß, in dem sich der
Fußgänger 250 zu dem Zeitpunkt, zu dem er in einen offenen
Abschnitt der Tür eintritt, mit einer Geschwindigkeit
bewegt, deren Hauptkomponente 251 zur Ebene der Tür
parallel ist. Nun ist aber genau die Vermeidung einer
Erfassung dieser Anfangsphase der Fortbewegung des
Fußgängers wünschenswert.
-
In den in den Fig. 11 bis 16 sowie in Fig. 39 gezeigten
Anwendungen ist der Detektor auf dem oder den beweglichen
Teilen der automatischen Tür oder an der Kante eines
Fahrzeugs angeordnet. Unabhängig davon, ob es sich um
einen Bewegungsdetektor oder um einen
Anwesenheitsdetektor handelt, sieht ein Höchstfrequenzdetektor, der sich
mit einem beweglichen Gegenstand bewegt, seine Umgebung
daß sie sich während seiner Bewegung in bezug auf ihn
verändert. Dies alles geschieht, als ob der Detektor fest
wäre und die Umgebung sich relativ bewegen würde. Unter
diesen Umständen verändert sich das vom Detektor
gelieferte Nutzsignal, entweder das Doppler-Signal oder ein
zur reflektierten Leistung proportionales Signal,
kontinuierlich in Abhängigkeit von der Umgebung. Folglich ist
es unmöglich, einen ein Hindernis repräsentierenden
Erfassungsschwellenwert festzulegen.
-
Um die Verwendung eines Bewegungs- oder
Anwesenheitsdetektors,- der an einer beweglichen Vorrichtung befestigt
ist, zuverlässig zu machen, wird gemäß einem Aspekt der
Erfindung vorgeschlagen, die in der im folgenden
beschriebenen Weise gelieferten Erfassungssignale
auszuwerten.
-
Ein erstes Anwendungsbeispiel des Verfahrens gemäß der
Erfindung betrifft den Schutz in der Umgebung einer in
den Fig. 15 und 16 gezeigten Rolladentür. Die gefährliche
Bewegung bei dieser Art von Türen ist die
Abwärtsbewegung, die die Gefahr eines Zusammenstoßes mit einer
Person oder mit einem Gegenstand birgt. Die Unterkante
der Rolladentür 40 ist mit einem Bewegungsdetektor 30 mit
Doppler-Effekt ausgerüstet, der mit einer Antenne gemäß
der Erfindung versehen ist, die eine ausreichende Länge
besitzt, um eine gute Abdeckung in Breitenrichtung zu
gewährleisten. Wenn die Entwicklung des von diesem
Detektor während der Bewegung der Tür gelieferten Signals
zwischen
der oberen (offenen) Position und der unteren
(geschlossenen) Position bei Fehlen eines Hindernisses im
Erfassungsfeld aufgezeichnet wird, wird ein
Erfassungssignal erhalten, das in Fig. 40 gezeigt ist. Es wird
festgestellt, daß dieses Signal eine ansteigende
Amplitude A(V) besitzt, die der relativen Annäherung der
Umgebung an den Detektor entspricht, zunächst entfernt
(linker Teil der Kurve) und anschließend näher und näher
(rechter Teil der Kurve). Die Abszissen sind mit einer
Zeitskala (von 0 bis 30 Sekunden) versehen. Da die
Bewegungsgeschwindigkeit der Rolladentür konstant ist, ist
auch ein zweiter Maßstab, der zur Höhe der Unterkante der
Tür in bezug auf den Boden proportional ist, angegeben
(von 4 m bis 0 m).
-
Es ist naheliegend, zunächst anzunehmen, daß ein solcher
Detektortyp, der an einer in Bewegung befindlichen Tür
angebracht ist und unentwegten Schwingungen unterliegt,
Kurven der Entwicklung des Erfassungssignals erzeugt, die
von einem Schließzyklus zum nächsten unterschiedlich
sind. Die unter den weiter oben beschriebenen Bedingungen
ausgeführten Versuche haben im Gegensatz dazu gezeigt,
daß die gemessene und in Fig. 40 gezeigte Kurve von einem
Schließzyklus zum nächsten vollkommen wiederholbar ist
und gemäß der Erfindung als Referenz für einen
Erfassungs-Logikprozeß dienen kann. Mit anderen Worten, die in
Fig. 40 gezeigte Kurve ist die Signatur der Umgebung in
bezug auf den Detektor und kann eine Referenzkurve
bilden, die in einem geeigneten Erfassungsverfahren
verwendet werden kann.