DE9003405U1 - Detektoranordnung für Luftdruckänderungen - Google Patents

Detektoranordnung für Luftdruckänderungen

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DE9003405U1 DE9003405U DE9003405U DE9003405U1 DE 9003405 U1 DE9003405 U1 DE 9003405U1 DE 9003405 U DE9003405 U DE 9003405U DE 9003405 U DE9003405 U DE 9003405U DE 9003405 U1 DE9003405 U1 DE 9003405U1
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Description

RICHTER1WERDEI^MaRN &-GERBAULET EUROPEAN PATENT ATTORNEYS - PATENTANWÄLTE
DIPL-ING. J. RICHTER DIPU-ING. H. GERBAULET DIPL.-ING. F. WERDERMANN -1986
NEUER WAU. 10 20OO HAMBURG 36 t£ (&Ogr; 4t> > 3 4 OO 45 / 3 &Lgr; OO 56 TELEX 21&bgr;&oacgr;-;&udigr; INTU D TELEFAX CO 4C) 3~ &idigr;·115
IHR ZEiCHEN .'YOUR PILE
UNSER ZEICHEK- JUR FILE K . 90 06 3 - I I i - 2
HAMBURG. DEN 22.03.1990 Anmelder: Ohtai Kwon, 2000 Ha^ Titel: Detektoranordnung für Luftdruckänderungen Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einer Detektoranordnung zum Erfassen geringer Luftdruckänderungen mittels eines elektrische Signale an Ausgangsleitungen liefernden pyroelektrischen Elementes, das in einem eine Eintrittsöffnung aufweisenden Gehäuse hinter einer, vorzugsweise für Infrarot-Strahlung undurchlässigen, (ersten) Blende angeordnet ist, wobei von dem Raum zwischen Element und Blende zu dem Außenluftraum eine Verbindung besteht.
Detektoren und Anordnungen solcher Art sind bekannt aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 84 18 132.9 und aus der europäischen Patentschrift B1 0 187 180.
Einer derartigen Detektoranordnung liegt dip Tatsache zugrunde, daß sich die Luft in einem abgeschlos^nrri Raum adia batisch erwärmt, wenn das vorhandene Volumen etwas zusammengedrückt wird, z.B. durch das Hewegen eines Fenster-
fLügels odt. einer Tür. Py roe Lekt ri sehe ELemente Liefern ein Signal bei Erwärmung durch auffallende geringe Strahlung, wie sie z.B. von einem Menschen, einem Hund oder einer Katze ausgeht. Eine Luftdruckänderung der erwähnten Art liefert ebenfalls eine solche Erwärmung; dazu wird für die UragebungsLuft ein Zutritt zu dem Raum über dem &rgr; yroe &iacgr; &egr; k t rüschen Element vorgesehen, das üblicherweise in einem kleinen Gehäuse angebracht ist.
Für eine gute Empfindlichkeit b«i einer solchen Erwärmung als Voraussetzung für eine Alarmgabe ist es erforderlich, daß der Luftzutritt in dem gegebenen Umfang rasch erfolgt, damit am Ausgang des Detektors ein Signal mit deutlicher Flanke auftritt. Dann kann ein solches Signal leicht unterschieden wer 'en von allmählichen Erwärmungen oder Abkühlungen, wie sie im Laufe eines Tages durch Sonneneinstrahlung, Heizung oder durch Ausstrahlung bei Nacht eintreten kann.
Es kommt daher darauf an zu vermeiden, daß die hinzutretende Luft auf ihrem Wege nicht durch einen engen Kanal abgebremst und behindert wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Detektor der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem kleine Luftdruckschwankungen schnell in das Gehäuse mit dem pyrotlektrischen Element eintreten können, so daß eine deutliche Verbesserung der Empfindlichkeit für eine Alarmgabe erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den i·.1 Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmalen gelös*.
Der Durchmesser der Löcher in der Blende kann in der Größenordnung von einem Zehntel des Durchmessers der
Oberfläche des pyorelekt r&iacgr; sehen Elementes liegen. Durch die Mehrzahl von Löchern wird denn« '. h ein ausreißender Querschnitt für den Luftzutritt ?.w Verfügung gestallt, wie er für einen M.hnel leri Druckanstieg erwünscht ist.
Die Löcher sind/ von außen gesehen, zweckmäßig vor den Bereichen neben der aktiven Fläche des pyroe I ektrischen Elementes angebracht derart, daß von außen auffallende Strahlung nicht auf die aktive Fläche fallen, das pyroelek t risCiie Eier ment erwärmen Und so ein Signal auslösen kann.
Die Höhe des Raumes zwischen pyroe I ektrise hem Element und Blende entspricht etwa dem Durchmesser des pyroelektrischen Elementes. Dadurch wird begünstigt, daß die bei einer Druckzunahme eintretende Luft zu einer gleichmäßigen Druckänderung über dem pyroelektrise hen Element und damit zu einer guten Ausnutzung seiner Temperaturempfindlichkeit führt.
Es kann zweckmäßig sein, den direkten Zutritt von Strahlung, insbesondere Infrarot-Strahlung (Wärmestrahlung) zum pyroe'iektf lachen Element, SüCw durch die L O C fr S &Ggr;, ZU &idigr;?&Ggr;" hindern. Sonst könnte eine einfache Wärmestrahlung bereits eine Druckänderung der Luft vortäuschen.
Dazu kann hinter der (ersten) Blende in einigem Abstand eine zweite Blende etwa gleicher Art angeordnet sein, deren Löcher jeweils einem Bereich zwischen Löchern der ersten Blende gegenüberliegen derart, daß auffallende Strahlung nicht hintereinander durch Löcher der ersten und der zweiten Blende hindurchtreten kann.
Nach einer anderen Ausführungsform ist vor der ersten Blende in geringem Abstand eine, vorzugsweise strahlungsundurchlässige, dritte Blende angeordnet, deren Durchmesser gtyac größer ist als die erste Blende, so daß an ihrem
Rpnd ein offener Sp;>lt für den Luftzutritt zur ersten EJ Lende gebildet wird. Hei dieser Ausführungsform ist eine zweite Blende hinter der ersten Blende, also zwischen dieser und dem pyroelektri sehen Element, nicht erforderlich. Die dritte Blende kann gleichzeitig einen mechanischen Schutz des Fensters und der ersten Blende bewirken. Die dritte Blende kann auch als Träger für weitere Elemente, die z.B. zur· Tarnung des Sensors dienen sollen, verwendet we rden.
Zweckmäßig werden die elektrischen Signale vom pyroelektrischen flement über einen SignaIformer zum Alarmgeber geführt. Dabei kann am pyroelektrise hen Element und/oder beim Signalformer wenigstens ein Verstärker Anwendung finden, mittels dessen der Innenwiderstand des übertragenen Signals so weit herabgesetzt wird, daß, z.B. kapazitive oder induktive , Störungen von außen nicht wirksam werden. Im Signalformer kann insbesondere eine Anordnung zum Differentiieren bzw. ein Hochpaß eingeschaltet sein, mit dessen Hilfe bewirkt wird, daß vorzugsweise schnelle Änderungen zu einer Signalgabe führen, während allmähliche Änderungen , wie sie im
&igr; &sgr; 15 c ;> &igr; &sgr; u &igr; c ml &igr; cicii i\i_riiiitrti,
Der Signalformer kann mit dem das pyroe lektrisehe Element umgebenden Gehäuse konstruktiv verbunden sein bzw. einen Teil dieses Gehäuses bilden. Der Signalformer kann hinter dem Gehäuse angeordnet sein, so daß beide zusammen in eine öffnung hineingesteckt *erden können. Der Signalformer kann aber auch neben dem Gehäuse angebracht sein, so daß eine verbreiterte Fläche für die Befestigung, z.B. an einer Wand oder an einem Schrank, entsteht.
Nach einer anderen Ausführungsform kann der Signalformer
getrennt vom Gehäuse im Zuge der Ausgangs I eitung zum Alarmgeber angebracht sein. Der Detektor mit seinem Gehäuse, der in vielen Fällen im Blickfeld eines Eindringlings angebracht ist, kann io besonders klein sein, wahrend der Si :na I former , gegebenenfalls für die Signalverarbeitung von mehreren Detektoren, an einer verdeckten Stelle angebracht wird.
Nach einer besonderen Ausführungsform der kann der Signal
t &ngr; &igr; tu c « t t t *. uv. j &pgr;&igr;.&ngr;&Ggr;&igr;&igr;&igr;^&ngr;.&igr;/(.&igr; j J^. in/ «jis w w · # tiut &ngr;. &igr; f r &igr; u u 11 %, elektrische VerbindungsLeitungen vom Detektor zum Alarmgeber verlegt zu werden brauchen.
Nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung körnen im Signa I former die Signale von verschiedenen Detektoren unterschiedlich kodiert und gemeinsam auf einer Leitung weiter übertragen werden. So können die Signale mehrerer, gegebenenfalls unterschiedlicher, benachbart angebrachter Detektoren zusammengefaßt und üb^r eine einzige Leitung zum Alarmgeber hin übertragen werden.
In einem pyroe lektrise hen Detektor ist zweckmäßig wenig-
Speiseenergie benötigt. Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform kann diese von einem Fotoelement geliefert werden, das mit einem Akkumulator verbunden ist. Durch das Tageslicht wird dann elektrische Energie erzeugt und im Akkumulator gespeichert und kann auch bei Nacht zur Verfügung stehen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann das Fotoelement mit der dritten Blende konstruktiv vereinigt,
also vor bzw. auf der dritten Blende angebracht sein, l
j Nach einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist
der Signalformer an eine Telefonanlage anschließbar, die die Verbindung zum Alarmgeber herstellt. Dadurch
j kann eine zusätzliche Leitungsverlegung erspart werden.
Insbesondere können bei ein^r Haustelefonanlage an
mehreren Nebenstellen S ignal-iibprtragungsgl ie d°r angebracht sein, mittels derer bei verschiedenen Nebenstellen wenigstens ein Sensorsignal auf die Telefonenlage übertragen werden kann; der Alarmgeber kann dann an d i r Telefon-Zentrale angeschlossen sein und ansprechen, sobald an einer Nebenstelle ein Sensorsignal zugeführt wird. So kann auch bei einem sehr ausgedehnten Büro- und/oder Fabrik-Gebäude ohne zusätzliche Leitungsverlegung eine zentrale Alarmgebung sichergestellt werden.
Die Erfindung wird nachstehend s &eegr;hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, in äer
Fig. 1 eine Detektoranordnung mit den angeschlossenen Signalverarbeitungsstufen darstellt,
Fig. 2 einen in Fig. 1 im Schnitt gezeichneten Detektor in Aufsicht zeigt, und
Fig. 3 und 4 einen Detektor der in F ". y. 1 dargestellter. Art in einer Weiterbildung mit einer dritten Blende wiedergibt.
Ein bei der Erfindung verwendeter Detektor besteht a.ts einem zylindrischen Gehäuse 100, das an seinem oberen Ende am Rande 13 nach innen umgebördelt ist und ein Fenster 12 aufweist. Innerhalb des Randes 13 hinter dem Fenster 12 ist eine eine erste Blende bildende Filters--.~ De 14 angebracht, die vorzugsweise keine Strahlung durchläßt. Wenn jedoch außer der gewünschten Erfassung von Luftdruckänderungen auch Strahlungen festgestellt werden sollen, kann das Filter eine entsprechende, spektral ausgewählte Strahlungsdurchlässigkeit besitzen.
Der i'ntere TeiL des Gehäuses 1 ist mit einem Material 15, z.B. einem Kunststoff, ausgefüllt, an dessen Oberfläche das etwa plattchenförmige, pyroelektrisehe Element 16 angebracht ist. Das Element 16 ist, außer an der Vorderseite, vorzugsweise mit einem wärmeundurchlässigen Material, z.B. auch einer dünnen Luftschicht, umgeben, um eine unerwünschte Wärmeabfuhr in das Material 15 zu vermeiden, die ggf. die Empfindlichkeit vermindern würde. Das Gehäuse 100 ist an seiner unteren Seite mit einer vorzugsweise isolierenden Bodenplatte 17 verschlossen. Durch diese Bodenplatte 17 hindurch ragen Anschlußdrähte oder Anschlußstifte 18, mit denen die elektrischen Verbindungen zu einer in an sich bekannter Weise angeschlossenen Schaltung zur Signalauswertung hergestellt werden.
Das vom pyroe lektrisehen Element 16, z.B. in Form einer Widerstandsänderung, abgegebene Signal wird über Verbindungsleitungen 19 den Stiften 18 entweder direkt oder über eine im Material 15 mit angebrachte Verstärkereinheit 20 zugeführt. Die Teile 12 bis 20 bilden einen pyroelektrischen Detektor.
Um Luftdruckänderungen und die damit zusammenhängende Temperaturerhöhung zu erfassen, ist die Filterscheibe mit kleinen Löchern 21 versehen, durch die bei Druckänderungen die Luft von außen in den Raum zwischen dem Filter 14 und dem pyroe lektrisehen Element 16 eindringen und dort eine Temperaturänderung hervorrufen kann, die dann von dem pyroelektrise hen Element 16 erfaßt und als Signal an den Anschlüssen 18 nach außen weitergegeben wird.
Wenn nur die Luftdruckänderungen erfaßt werden sollen,
darf keine Strahlung, insbesondere Infrarot-Strahlung,
von außen auf das pyroe lektrisehe Element 16 fallen. Das kann dadurch erreicht werden, daß die Löcher 21 lediglich in der Randzone außerhalb der wirksamen Oberfläche des pyroelektrisehen Elementes 16 angeordnet sind. Aus gt^sset riseh&n Gründen,z.B. wenn die Randzone Sf' schmal i.;t, oder zur Verbesserung des Luftzutrittes durch e;;ve größere .Anzahl von Löchern kar.r es auch erforderlich sein, auch direkt oberhalb des pyroelektrisehen Elementes 16 Löcher 22 anzubringen. Dann kann der Zutritt von St ra*-r-ung zum py&igr;oe lektrisehen tlement 16 dadurch verhindert werden, daß hinter der als Blende wirkenden Filterscheibe 14 eine zweite Blende 23 angeordnet ist, auf der die Löcher gegenüber den Löchern in der Blende 14 versetzt, vorzugsweise unterhalb der Zwischenräume der Löcher der Blende 14, angeordnet sind. So ist ein direkter Zutritt von Strahlung zum pyroelektrisehen Element verhindert, und trotzdem kann die Luft durch eine Vielzahl von Löchern in den Innenraum oberhalb des pyroe lektrisehen Elementes einströmen.
In Fig. 1 ist weiter unterhalb des beschriebenen Detektors 12 bis 20 eine gegebenenfalls auch als Signalformer wirkende Verstärkeranordnung 31 angedeutet, die gegebenenfalls den Signalformer erhalten kann, der ein Signal dann abgibt, wenn von dem pyroelektrisehen Element 16 ein Signal mit steiler Flanke abgegeben wird, das einer momentanc-n Luftdruckänderung entspricht. Die Signale von der Verstärkeranordnung 31 oder aber auch die Ausgangssignale von den Anschlußdrähten 18 werden über eine gegebenenfalls mehradrige VerbindungsIeitung 32 einer SignaIverarbeitungsschaItung 33 zugeführt, in der eine, etwa für die Weiterleitung an den Alarmgeber 34 erforderliche Umwandlung der Signale vorgenommen wird» Der Signnlverarbeitungschaltung 33 können gegebene &eegr; falls über -in'lere, bei 35 und 36 angedeutete Leitungen weitere Detektor signale zugeführt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsorm der Erfindung werden die Signale über eine Verbindung 37 einer Fernsprechnebenstelle 38 zugeführt, die über eine Leitung 39 mit einer Fernsprechzentrale 40 in Verbindung steht. Bei einer Hehrzahl von Leitungen 41 können an diese Fernsprechzentrale 40 weitere Nebenstellen angeschlossen sein. An die Fernsprechzentrale 40 ist über eine Verbindung 4? der A.l a riB?eber 34 angeschlossen.
Wenn von dem pyroelektri sehen E'.^ment 16 eine auszuwertende Luftdruckänderung registriert wird, wird über die Leitufiger? 19,18 unc 3? und die Signa I.yersrNi tungsstufe 33 ein entsprechendes Signal einsr Fernsprechnebenstelle 38 und von dort der Ferrrsprechzentröte 40 zc^jführi, die dann den Alarmgeber 34 in Tätigkeit «etzt. Ohne großen Aufwand an Leitungen können mittels dieser Telefondnlage somit viele Detektoren auch in einem weitläufigen Gebäude oder Gebiet für eine zentrale Alarmauslösung zusammengefaßt werden. Der Signalformer 34 kann, wie durch Linien 43 angedeutet ist, mit dem Nebenstellenapparat 38 konstruktiv vereinigt, insbesondere in seinem Gehäuse, untergebracht sein, so daß nach der Leitung 32 nur noch übliche, wenn auch angepaßte, Teile einer Nebenstellenanlage verwendet werden können.
Ein im Signalformer 33 geeignet gebildetes Signal kann auch an das Postnetz abgegeben und dort über den neuen Temex-Dienst an einen beliebigen anderen Tel&fonanschluß weitergeleitet werden.
Fig.2 zeigt einen Detektor in der Aufsicht, der längs der Linie A-A in Fig.1 im Schnitt dargestellt ist.
Fig.3 zeigt einen Detektor , der dem in den Fig. 1 und 2
entspricht, wöbe! aber Über dem Gehäuse 100 eine (dritte)
Blende 45 ajf Stützen 46 angeordnet ist. Die Blende 45 ist im Durchmesser etwas größer als das Gehäuse 100, und infolge der Stützen 46 besteht im Randbereich ein Spalt 47, der in der Praxis z.B. 1 mm weit sein kann. Die Blende ist strahlungsundurchlässig und schützt somit das im Gehsuse 100 untergebrachte py? Lefct ri sehe Element vor einfallender Infrarot-Strahlung. Gleichzeitig kann es Abdeckung ur.J Schutz gegen mechanische Einwirkungen darstellen. Die im Gehäuse 100 angebrachte erste Blende 16 ist, wie auch in Fig.2, mit Löchern versehen; aie Luft und die in ihr enthaltenen Druckschwankungen können über den Ringspalt 47 ungehindert zutreten.
Fig.4 zeigt eine Aufsicht auf einen Sensor nach Fig.3, von dem im w sentlichen nur die Platte 45 zu sehen ist.
Das Gehäuse 100 ist darunter verdeckt angeordnet. Ebenso sind die in etwa 60
Stützen 46 verdeckt.
sind die in etwa 60 Winkel gegeneinander angeordneten
Die Blende 45 kann auch als Träger für ein weiteres, gegebenenfalls angebrachtes Element 48 dienen, das in Form einer Scheibe ausgebildet iit. Im einfachsten Fall kann das Element 48 eine Abdeckplatte sein, die zur Tarnung der Sensoranordnung dient. Vorzugsweise kann das Element 48 mit lichtelektrischen Zellen versehen sein und bei auffallendem Licht elektrische Energie liefern. Diese kann i &eegr; an sich bekannter Weise in einem Akkumulator gespeichert werden und so über den ganzen Tag, auch in der Dunkelheit, zum Betrieb Hcs pyroelektrischen Elementes, gegebenenfalls weiterer zugeordneter Vorverstärker, dianen.

Claims (1)

  1. Schutzansprüche:
    1. Detektor zum Erfassen geringer Luftdruckänderungen mittels eines, elektrische Signale an Ausgangsleitungen (18) liefernden pyroelektrischen Elementes (16), das in einem eine Eintrittsöffnung (12) aufweisenden Gehäuse (100) hinter einer, vorzugsweise für Infrarot-Strahlung undurchlässigen, (ersten) Blende (14) angeordnet ist, wobei von dem R sum zwischen Element (16) und Blende (1A) zu dem Außenluftraum eine Verbindung besteht,
    dadurch gekennzeichnet,
    dafl die Blende (14) mit einer Mehrzahl von Löchern (21,22) versehen ist und die Ausgangsleitungen (18,32) über einen Signalformer (33) an einen Alarmgeber (34) angeschlossen sind.
    2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Löcher (21,22) in der Grössenordnung von einem Zehntel des Durchmessers der Oberfläche des pyroelektrischen Elementes (16) liegt.
    3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (21) von außen gesehen vor den Bereichen neben der aktiven Fläche des pyroelektrischen Elementes (16) angebracht sind derart, daß von außen auffallende Strahlung nicht auf die aktive Fläche fallen kann.
    ^. Detektor nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Raumes zwischen Blende (14) und pyroe I ektrischem Element (16) etwa dem Durchmesser des pyroelektrischen Elementes entspricht.
    1 ?.
    5. Detektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der ersten Blende (14) in bestimmtem Abstand eine zweite Blende (23) etwa gleicher Art angeordnet ist, deren Löcher jeweils einem Bereich zwischen Löchern (21,2E) der ersten Blende MA) gegenüberliegen derart, daß auffallende Strahlung nicht hintereinander durch Löcher der ersten U &Pgr; u 'j &bgr;&Ggr; tüfi tei'i dicmuc vif/cj/ Ii IHuU &Ggr; C &pgr; trete &Ggr;&igr; kann.
    6. Detektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der ersten Blende (14) in geringem Abstand eine, vorzugsweise strahlungsundurch I ässigo, dritte Blende (A5) angeordnet ist, deren Durchmesser etwas größer ist als die erste Blende MA), so daß an ihrem Rand ein offener Spalt für den Luftzutritt zur ersten Blende (14) gebi Idet wird.
    7. Detektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signa I former (31)
    uitu/ &ngr; u ^ r u ic· nu3uaiiu3t.ciLuiiueii &ngr;&igr;&ogr;/ an einen oiy — former (33) angeschlossen ist.
    8. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalformer (31) mit dem Gehäuse (100) konstruktiv verbunden ist.
    9. Detektor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalformer (31) an der Rückseite des Gehäuses (100) angeordnet ist.
    10. Detektor nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalformer neben dem Gehäuse (100) angeordnet ist.
    11. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der öignalformer (33) getrennt vom Gehäuse irr; Zuge der Ausgangs L e i t ung (32,37) angebracht ist.
    12. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Signa I former Teil des Alarmgebers
    13. Detektor nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Signa I former (33) Anschlüsse für wenigstens einen weiteren Detektor (12 bis 20) vorgesehen sind.
    14. Detektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Codierung der Signale verschiedener Detektoren vorgesehene Signalformer (33) an eine Leitung (37,39) angeschlossen ist.
    15. Detektor nach Anspruch 7 bis 14, dadurch gekenn-
    WUIIWt-I-UII^ CV(I I- ICICI UIIU VICI UkTC,
    seenergie für das pyroelektrische Element ein Fotoelement aufweist, das mit einem Akkumulator verbunden ist.
    16. Detektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Fotoelement (48) mit der dritten Blende (45) konstruktiv vereinigt ist. (Fig.3)
    17. Detektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalformer (33) an eine mit einem Alarmgeber (34) verbundene Telefonanlage (38) anschließbar ist.
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