EP0303913B1

EP0303913B1 - Eindringdetektor

Info

Publication number: EP0303913B1
Application number: EP88112765A
Authority: EP
Inventors: Kurt Müller; Hansjürg Mahler
Original assignee: Cerberus AG
Current assignee: Cerberus AG
Priority date: 1987-08-11
Filing date: 1988-08-05
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2008-08-05
Also published as: US4880980A; DE3851734D1; ES2064333T3; ATE112644T1; CA1291245C; CH675316A5; EP0303913A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Eindringdetektor mit einem Sensor mit wenigstens einem infrarot empfindlichen Sensorelement und mehreren auf wenigstens einer Trägerfläche angeordneten Infrarot-Reflektoren, welche aus mehreren getrennten Empfangsbereichen eintreffende Infrarotstrahlung auf den gemeinsamen Sensor bündeln.
Solche Detektoren dienen zur Feststellung von Objekten oder unbefugten Personen, beispielsweise eines Eindringlings oder Einbrechers in einen geschützten und überwachten Raum oder Bereich durch Nachweis der vom Objekt oder der Person ausgehenden typischen Infrarotstrahlung. Infolge der Aufteilung des überwachten Bereiches in mehrere getrennte Empfangsbereiche mit dazwischenliegenden Dunkelfeldern bewirkt jede Bewegung einer Person bei Durchquerung der Empfangsbereiche eine charakteristische Modulation der vom Sensor empfangenen Infrarotstrahlung. Diese Modulation kann mittels entsprechender, auf die Körperstrahlung einer Person abgestimmter Sensoren, die auch mehrere Sensorelemente in bestimmter Zusammenschaltung aufweisen können, wie z.B. Dual-Sensoren, und mittels geeigneter, auf die typische Modulation durch eine sich durch Empfangs-bereiche bewegende Person abgestimmter Auswerteschaltungen zur Anzeige eines Eindringlings und zur Alarmsignalgabe ausgewertet werden. Von solchen Eindringdetektoren wird verlangt, dass sie eine in den überwachten Bereich eindringende Person einerseits mit Sicherheit nachweisen und signalisieren, und sich nicht durch ein bestimmtes Verhalten überlisten und sabotieren lassen, andrerseits keinen falschen Alarm auslösen.
Zur Schaffung der erforderlichen getrennten Empfangsbereiche ist es aus US-A- 3 703 718 bekannt, die Reflektoren auf einem gemeinsamen Träger in zwei übereinander angeordneten Reihen nebeneinanderliegender Reflektoren anzubringen. Da nur zwei entsprechende Reihen von Empfangsbereichen vorgesehen sind, ist die Ueberdeckung des geschützten Raumes mit Empfangsbereichen jedoch ungenügend, so dass ein Eindringling bei einigem Geschick den Raum durchschreiten kann, ohne bemerkt und signalisiert zu werden.
Zur besseren Ueberdeckung des geschützten Bereiches mit Empfangsbereichen ist es aus CH 591 733 oder DE 26 53 111 bekannt, die Reflektoren so auszubilden und anzuordnen, dass eine Anzahl von streifenförmigen Empfangsbereichen entsteht, so dass sich mit der gleichen Reflektoranzahl ein grösserer und ausgedehnterer Schutzbereich überwachen lässt. Aus EP-A- 50 751, DE-A- 27 19 191 oder US-A- 3 923 382 ist es weiterhin bekannt, eine Vielzahl von Reflektoren auf einem gemeinsamen Träger in der Form eines Multifacettenspiegels anzuordnen. Hiermit lässt sich zwar ein überwachter Bereich mit einer entsprechenden Vielzahl von Empfangsbereichen relativ dicht überdecken, jedoch sind solche vorbekannten Anordnungen nicht an eine vorgegebene Form und die Abmessungen eines geschützten Raumes angepasst.
Nachteilig ist bei den vorstehend erwähnten Reflektoranordnungen jedoch, dass die Brennweiten aller Reflektoren gleich sind, so dass eine weiter entfernte Person kleiner auf den Sensor abgebildet wird als eine Person in der Nähe des Detektors. Dies führt zu einer unterschiedlichen Nachweisempfindlichkeit des Detektors für Personen in Empfangsbereichen, die auf Zonen mit verschiedenem Abstand vom Detektor ausgerichtet sind. Bei der üblichen Anordnung solcher Detektoren unterhalb der Raumdecke ist also die Empfindlichkeit von der Neigung der Empfangsbereiche gegen die Horizontalebene abhängig, so dass z.B. in Empfangsbereichen grösserer Neigung, die auf eine nahe Raumzone ausgerichtet sind, die Nachweisempfindlichkeit vermindert ist, was in der Praxis in der Regel unerwünscht ist.
Aus EP-A- 191 155 oder US-A- 4 339 748 ist es bekannt, drei übereinander angeordnete Reihen von nebeneinanderliegenden Reflektoren vorzusehen. Die Brennweiten der einzelnen Reflektorreihen sind dabei unterschiedlich und an die jeweilige Nachweisentfernung angepasst, innerhalb der einzelnen Reihen jedoch gleich. Die Reflektorreihen müssen dazu auf mehreren verschiedenen Trägerflächen angeordnet werden, so dass die gesamte Reflektoranordnung ein kompliziertes Gebilde darstellt. Die Anordnung der Reflektoren in wenigen Reihen erlaubt zudem keine hinreichend dichte Raumüberdeckung, so dass auch ein solcher Detektor noch nicht völlig sabotagesicher ist. Da die Brennweiten innerhalb einer Reflektorreihe gleich sind, ist zudem eine exakte Anpassung des Empfangsbereichs-Musters an eine bestimmte Form und gegebene Abmessungen eines zu überwachenden Raumes oder Bereiches in der Regel nicht gegeben.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die angegebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, und insbesondere einen Eindringdetektor der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der eine verbesserte Nachweisempfindlichkeit und Nachweissicherheit bei vereinfachtem Aufbau aufweist, und mit dem insbesondere ein vorgegebener zu überwachender Raum oder Bereich besser und gleichmässiger mit Empfangsbereichen überdeckt wird, so dass der Detektor schwieriger überlistbar ist, das Empfangsbereich-Muster an die Form und Abmessungen des geschützten Raumes oder Bereiches angepasst ist, und die Nachweisempfindlichkeit des Detektors für eine Person in den einzelnen Empfangsbereichen angenähert unabhängig von der Nachweisentfernung vom Detektor ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch erreicht, daß bei einem Infrarot-Eindringdetektor der eingangs genannten Art zwei Reihen von Reflektoren, welche Infrarotstrahlung aus in größerer Distanz befindlichen Empfangsbereichen aufnehmen sollen, auf einer unterhalb des Infrarot-Sensors angeordneten paraboloidförmigen Trägerfläche, die eine größere Brennweite aufweist, in horizontaler Richtung versetzt und in vertikaler Richtung verzahnt angeordnet sind und zwei weitere Reihen von Reflektoren, welche Infrarotstrahlung aus in geringerer Distanz befindlichen Empfangsbereichen aufnehmen sollen, auf einer oberhalb des Infrarot-Sensors angeordneten paraboloidförmigen Trägerfläche, die eine geringere Brennweite aufweist, in horizontaler und in vertikaler Richtung versetzt angeordnet sind und daß die Brennpunkte der Reflektoren innerhalb der Reflektrogruppen unabhängig von der Anordnung auf einer der Trägerflächen und ohne Einbeziehung von Sekundärreflektoren auf dem Infrarot-Sensor liegen und daß die Brennweite jedes einzelnen Reflektors innerhalb der Reflektorgruppen individuell an eine gegebene mittlere Nachweisentfernung in jedem der den betreffenden Reflektoren zugeordneten Empfangsbereichen angepaßt sind und daß sämtliche Reflektoren innerhalb der Reflektorguppen so ausgerichtet sind, daß sie mit dem Sensor ein Muster von Empfangsbereichen definieren, das eine quadratische zu schützende Fläche wenigstens angenähert gleichmäßig überdeckt, und daß die einzelnen Reflektoren innerhalb der Reflektorgruppen so bemessen sind, daß sie vom Sensor aus gesehen einen Raumwinkel einer solchen Abmessung umschließen, daß die vom Sensor empfangene Strahlungsmenge eines Menschen, der sich für den betreffenden Empfangsbereich in mittlerer Nachweisentfernung befindet, unabhängig vom Einfallswinkel für alle Empfangsbereiche annähernd gleich ist.
Von Vorteil ist dabei, daß die Trägerflächen paraboloidförmig ausgebildet sind, in deren Achse der Sensor so angeordnet ist, daß die Flächenpunkte mit zunehmender Neigung der Strahlungseinfallrichtung auf den Sensor einen kontinuierlich abnehmenden Abstand vom Sensor aufweisen. Da damit auch die Brennweiten der an den betreffenden Flächenpunkten vorgesehenen Reflektoren entsprechend ihrem Abstand vom Sensor abnehmen, wird die Brennweite mit zunehmendem Einfallwinkel gegen die Horizontale, also mit kürzerer Nachweisentfernung, kleiner; damit wird auch der Abbildungsmaßstab kleiner.
Vorteilhaft ist es, die Reflektoren so auszubilden und zu bemessen, daß sie vom Sensor aus betrachtet, einen solchen Raumwinkel, z.B mit dem Einfallwinkel zunehmende Raumwinkel umfassen, so daß die Nachweisempfindlichkeit in den einzelnen Empfangsbereichen nahezu unabhängig von der Nachweisentfernung ist und damit die bei Schrägeinfall abnehmende Sensorempfindlichkeit kompensiert wird.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Anzahl von Reflektoren für einen bestimmten Abstandsbereich mit dem Abstand variiert, z.B. bei Eckmontage des Detektors mit dem Abstand kontinuierlich zunimmt, bzw. bei Wandmontage abnimmt, um eine gleichmäßige Raumüberdeckung mit Empfangsbereichen zu erreichen.
Die Erfindung wird anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine horizontale Aufsicht auf die Reflektoranordnung eines Eindringdetektors,
Figur 2: einen Vertikalschnitt durch die Reflektoranordnung nach Figur 1, und
Figur 3: ein Muster der von dieser Reflektoranordnung erzeugten Strahlungsempfangsbereiche.

Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Reflektoranordnung sind auf zwei Trägerflächen T1 und T2 mehrere Gruppen A - D von Reflektoren angeordnet. Die Reflektoren besitzen einen reflektierenden Belag, welcher zumindest die Körperstrahlung einer Person im infraroten Spektralbereich auf den für alle Reflektoren gemeinsamen Sensor S bündelt. Die unterhalb der durch den gemeinsamen Sensor S gebildeten Horizontalen H liegenden Reflektorgruppen A, B sind dabei auf einer unteren Trägerfläche T1, und die oberhalb der Horizontalen H liegenden Reflektorgruppen C, D auf einer oberen Trägerfläche T2 vorgesehen. Dabei sind die Reflektoren A1 - A7 der untersten Zone^Ader Trägerfläche T1 so ausgebildet und ausgerichtet, dass deren Empfangsbereich am wenigsten gegen die Horizontale geneigt ist, d.h. dass hiermit ein Eindringling in grösserer Distanz, d.h. in Fernzonen detektiert und gemeldet werden kann. Die Reflektoren B1 - B5 der nächsthöheren Zone B sind etwas stärker geneigt, so dass deren Empfangsbereiche einer mittleren Nachweisentfernung entsprechen. Die darüber auf der oberen Trägerfläche T2 liegenden Reflektoren C1 - C3 der Gruppe C dienen der Detektion in der Nahzone, während der einzige Reflektor D1 der obersten Zone D der oberen Trägerfläche T2 den Bereich unmittelber unterhalb des Detektors überwacht ("Look-down-Zone").
Die Form, insbesondere die Krümmung, sowie die Anordnung der Trägerflächen T1 und T2 zum Sensor S ist nun so gewählt, dass der Abstand vom Sensor S zu den Punkten der Trägerflächen bzw. den dort vorgesehenen Reflektoren mit zunehmendem Strahlungseinfallwinkel gegen die Horizontale, d.h. mit abnehmender Nachweisentfernung abnimmt. Im Idealfall wird dabei angestrebt, den Abstand der einzelnen Reflektoren so zu wählen, dass deren Brennweite wenigstens angenähert proportional der Nachweisentfernung ist. Damit wird der Abbildungsmassstab eines durch die verschiedenen Reflektoren auf den Sensor abgebildeten Objektes von der Entfernung des Objektes vom Detektor unabhängig, d.h. eine weiter entfernte Person wird in der gleichen Grösse abgebildet, wie eine nahe Person, so dass im Nah- und im Fernbereich die Nachweisempfindlichkeit nahezu gleich ist.
Als besonders geeignet hat sich z.B. die Ausbildung der Trägerflächen als Hyperboloidflächen oder Paraboloidflächen mit horizontaler Achse erwiesen. Damit wird automatisch der Abstand der Trägerfläche vom Sensor mit abnehmender Neigung des Empfangsbereiches grösser, wie gefordert. Zuweilen können jedoch Kompromisse im Hinblick auf eine einfache Konstruktion und eine kompakte Anordnung zweckmässig sein.
So sind bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel nur die den Fernempfangsbereichen entsprechenden Reflektorgruppen A, B auf einer paraboloidförmigen Trägerfläche T1 angeordnet. Die den Nahempfangszonen zugeordneten Reflektorgruppe C, D ist dagegen auf einer angenähert sphärischen Trägerfläche T2 vorgesehen, was möglich ist, da hier für alle diese Reflektoren die Nachweisdistanz nahezu gleich der Anbringungshöhe des Detektors ist.
Obwohl es, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt, zweckmässig sein kann , die oberhalb der durch den Sensor gebildeten Horizontalebene vorgesehehen Reflektoren und die unter der Horizontalen befindlichen Reflektoren auf verschiedenen Trägerflächen anzuordnen, die natürlich zu einer mechanischen Einheit verbunden sein können, ist es selbstverständlich auch möglich, für alle Reflektoren eine einzige Trägerfläche vorzusehen, deren Scheitelquerschnitt dann zweckmässigerweise die Form einer geeigneten Spirale aufweist.
Die einzelnen Reflektoren können mit Vorteil als ausseraxiale Paraboloidsegmente geformt sein, deren Achse der Richtung des zugeordneten Empfangsbereiches parallel ist, um eine gute optische Abbildung auch bei schrägem Strahlungseinfall zu gewährleisten. Auch hier kann eine Näherung durch sphärische Spiegel möglich sein, speziell bei geringer Neigung der einfallenden Strahlung.
Wie in Figur 3 gezeigt, weist ein Detektor mit der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Reflektoranordnung ausser dem Vorteil der nahezu entfernungsunabhängigen Nachweisempfindlichkeit noch den weiteren Vorteil auf, dass sich damit ein überwachter Raum mit vorgegebenen Abmessungen gleichmässiger und vollständiger mit Empfangsbereichen überdecken lässt. Figur 3 zeigt ein Ueberdeckungsmuster der Empfangsbereiche eines Detektors nach Figur 1 und 2 bei Montage in der Ecke eines geschützten Raumes mit 12 x 12 m Grundfläche in 2 m Höhe. Die besonders gute und gleichmässige Ueberdeckung der rechteckigen oder quadratischen Grundfläche des Raumes wird durch die horizontale und vertikale Versetzung der Reflektoren auf den Trägerflächen, d.h. durch die verzahnte Anordnung der Reflektoren erreicht, was mit vorbekannten Reflektoranordnungen mit einfachen Reihen von nebeneinanderliegenden Reflektoren nicht möglich war.
Von besonderem Vorteil ist bei der erfindungsgemässen Reflektoranordnung, dass die Anzahl der Reflektoren für die verschiedenen Distanzzonen A - D unterschiedlich ist. Beispielsweise ist bei dem beschriebenen, für Eckmontage vorgesehenen Beispiel die Anzahl von Reflektoren A1 - A7 für die Fernzone A sieben, für die mittlere Zone B sind fünf Reflektoren B1 - B5 vorgesehen, während die Nahzone C mit drei Reflektoren C1 - C3 ausgerüstet ist. Für die Look-down-Zone D genügt ein einziger Reflektor D1. Für die Distanzzonen mit grösserer Nachweisentfernung sind daher eine grössere Anzahl von Empfangsbereichen vorgesehen, so dass die Empfangsbereichdichte im gesamten überwachten Raum nahezu gleich ist.
Speziell bei Eckmontage eines Detektors ist es von Vorteil, wenn die mittleren Reflektoren der einzelnen Zonen, im Gegensatz zu vorbekannten Anordnungen mit parallelen Reihen, horizontal gegen die seitlichen Reflektoren versetzt sind. Wie in Figur 1 gezeigt,haben die mittleren Reflektoren A4 und B3 einen tieferen Mittelpunkt als die benachbarten Reflektoren A3 und A6, bzw. B2 und B4, und diese liegen wiederum tiefer als die äusseren Reflektoren A1 und A7, bzw. B1 und B5. Damit erhalten die den mittleren Reflektoren zugeordneten Empfangsbereiche A4, B3 eine grössere Reichweite als die der seitlichen Reflektoren, so dass sich ein derartiger Detektor besonders gut an einen rechteckigen oder quadratischen Raum anpassen lässt. Die spezielle Form der Trägerfläche T1 sorgt dabei dafür, dass der Abbildungsmassstab entfernungsunabhängig bleibt, da die tiefere Anordnung der mittleren Reflektoren mit etwas grösserer Nachweisdistanz automatisch für einen grösseren Abstand vom Sensor und damit für eine grössere Brennweite sorgt. Es wird bemerkt, dass bei Detektormontage in einer Wandmitte anstatt in einer Raumecke umgekehrte Verhältnisse zur Anpassung an einen rechteckigen Raum zweckmässig sind.
Besonders vorteilhaft ist es noch, die Fläche der einzelnen Reflektoren so zu wählen, dass sie vom Sensor S aus betrachtet einen mit dem Einfallwinkel in der Weise zunehmenden Raumwinkel umfassen, dass dadurch die bei Schrägeinfall der Strahlung abnehmende Sensorempfindlichkeit kompensiert wird. Dazu ist es zweckmässig, die seitlichen Reflektoren mit einer grösseren Fläche zu versehen als die mittleren, und die unteren, den Fernempfangszonen zugeordneten Reflektoren grösser als diejenigen für die mittleren Bereiche, und diese wiederum grösser als die für die Nahempfangsbereiche zu wählen.
Bei Anbringung der Reflektoren für die Nahempfangszonen C auf einem sphärischen Träger T2 kann eine etwas grössere Brennweite des mittleren Reflektors C2 dadurch erreicht werden, dass dieser gegenüber den benachbarten seitlichen Reflektoren C1, C3 einwenig zurückversetzt wird, und somit an die geringfügig grössere Nachweisdistanz angepasst wird.
Der Sensor kann, wie im Ausführungsbeispiel, als Dualsensor mit zwei in Differenzschaltung liegenden Sensorelementen ausgeführt sein, so dass die Empfangsbereiche in zwei benachbarte Bereiche aufgespalten werden, wodurch sich mit einer speziellen Auswerteschaltung in an sich bekannter Weise die Nachweissicherheit weiter verbessern lässt.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Beispiel eines Eindringdetektors zum Schutz eines quadratischen Raumes bei Eckmontage beschränkt ist, sondern an andere Raumformen und Montagearten unter Benützung der Erfindungsgedanken durch entsprechende Auswahl der Reflektoren bezüglich Gestalt, Krümmung, Ausrichtung und Anbringung angepasst werden kann, so dass die gleichen technischen Vorteile erreicht werden.

Claims

Infrarot-Eindringdetektor mit einem Infrarot-Sensor (S) mit wenigstens einem infrarotempfindlichen Sensorelement und mehreren auf wenigstens einer Trägerfläche (T1,T2) angeordneten Infrarot-Reflektoren, welche die aus mehre ren getrennten Empfangsbereichen eintreffende Infrarotstrahlung auf den gemeinsamen Sensor (S) bündeln, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reihen von Reflektoren (A, B), welche Infrarotstrahlung aus in größerer Distanz befindlichen Empfangsbereichen aufnehmen sollen, auf einer unterhalb des Infrarot-Sensors (S) angeordneten paraboloidförmigen Trägerfläche (T1), die eine größere Brennweite aufweist, in horizontaler Richtung versetzt und in vertikaler Richtung verzahnt angeordnet sind und zwei weitere Reihen von Reflektoren (C, D), welche Infrarotstrahlung aus in geringerer Distanz befindlichen Empfangsbereichen aufnehmen sollen, auf einer oberhalb des Infrarot-Sensors (S) angeordneten paraboloidförmigen Trägerfläche (T2), die eine geringere Brennweite aufweist, in horizontaler und in vertikaler Richtung versetzt angeordnet sind und daß die Brennpunkte der Reflektoren (A bis D) unabhängig von der Anordnung auf einer der Trägerflächen (T1 und T2) und ohne Einbeziehung von Sekundärreflektoren auf dem Infrarot-Sensor (S) liegen und daß die Brennweite jedes einzelnen Reflektors individuell an eine gegebene mittlere Nachweisentfernung in jedem der den betreffenden Reflektoren (A bis D) zugeordneten Empfangsbereichen angepaßt ist und daß sämtliche Reflektoren (A bis D) so gekrümmt und ausgerichtet sind, daß sie mit dem Sensor (S) ein Muster von Empfangsbereichen definieren, das eine rechteckige zu schützende Fläche wenigstens angenähert gleichmäßig überdeckt, und daß die einzelnen Reflektoren (A bis D) so bemessen sind, daß sie vom Sensor (S) aus gesehen einen Raumwinkel einer solchen Abmessung umschließen, daß die vom Sensor (S) empfangene Strahlungsmenge eines in mittlerer Nachweisentfernung im betreffenden Empfangsbereich sich befindenden Menschen unabhängig vom Einfallswinkel für alle Empfangsbereiche annähernd gleich ist.
Infrarot-Eindringdetektor gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Reflektoren (A4, B3) wenigstens einer Gruppe am tiefsten und die seitlichen Reflektoren (A1 bis A3, A5 bis A7, B1, B2, B4, B5) mit zunehmendem Abstand von der Mitte zunehmend höher angeordnet sind.
Infrarot-Eindringdetektor gemäß einem der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein mittlerer Reflektor (C2) einen anderen Abstand vom Sensor (S) besitzt als die seitlichen Reflektoren (C1, C3).
Infrarot-Eindringdetektor gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Reflektoren in den Reflektorgruppen (A bis D) für unterschiedliche Nachweisentfernungszonen verschieden ist.
Infrarot-Eindringdetektor gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Reflektoren in den Reflektorgruppen (A bis D) mit der Nachweisentfernung zunimmt.
Infrarot-Eindringdetektor gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfläche für die Reflektoren aus je einer Fläche (T1) unterhalb der durch den Sensor (S) gehenden Horizontalebene (H) und einer Fläche oberhalb der Horizontalebene (H) gebildet ist.
Infrarot-Eindringdetektor gemäß Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Trägerfläche (T1) wenigstens angenähert Hyperboloid- oder Paraboloidform besitzt und diejenigen Reflektoren (Al bis A7, B1 bis B5) trägt, die Empfangsbereiche mit großer Nachweisentfernung bilden und daß die obere Trägerfläche (T2) wenigstens angenähert sphärisch ausgebildet ist und die Reflektoren (C1 bis C3, D1) für kürzere Nachweisentfernungen trägt.