ES2218927T3 - Detector pasivo de infrarrojos. - Google Patents
Detector pasivo de infrarrojos.Info
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Abstract
Detector pasivo de infrarrojos con un sensor sensible al calor y con un medio de enfoque para la concentración sobre el sensor de los rayos de calor, que inciden desde el espacio de supervisión sobre el detector, presentando el medio de enfoque elementos de enfoque para zonas de supervisión con diferente longitud en el espacio de supervisión.
Description
Detector pasivo de infrarrojos.
La presente invención se refiere a un detector
pasivo de infrarrojos con un sensor sensible al calor y con un medio
de enfoque para la concentración sobre el sensor de los rayos de
calor, que inciden desde el espacio de supervisión sobre el
detector, presentando el medio de enfoque elementos de enfoque para
zonas de supervisión con diferente longitud en el espacio de
supervisión.
Se conocen desde hace años los detectores pasivos
de infrarrojos de este tipo y están muy difundidos. Sirven
especialmente para la determinación de la presencia o de la entrada
de personas no autorizadas en el espacio de supervisión a través de
la comprobación de la radiación infrarroja típica, emitida por estas
personas, que es desviada a través de los medios de enfoque sobre el
sensor. Como medios de enfoque o bien se utilizan lentes de
Fresnell, que están integradas en la ventana de entrada, dispuesta
en el lado frontal de la carcasa del detector, para la radiación
infrarroja (ver a este respecto, por ejemplo, el documento
EP-A-0 559 110) o un espejo que está
dispuesto en el interior de la carcasa del detector y que está
constituido por reflectores individuales (ver a este respecto, por
ejemplo, el documento EP-A-0 303
913). En general, están previstas varias series de reflectores,
están asociada cada serie a una zona de supervisión determinada, por
ejemplo, zona alejada, zona media, zona próxima y zona
panorámica.
Tanto las lentes de Fresnell como también los
espejos están configurados de tal forma que cada zona de supervisión
es dividida en zonas de supervisión y de esta manera el espacio a
supervisar está cubierto en forma de abanico con zonas de
supervisión que parten desde el detector. Por lo tanto, cada
reflector determina una zona de supervisión con una posición
definida en el espacio de supervisión. Tan pronto como un objeto,
que emite una radiación térmica, penetra en una zona de supervisión,
el sensor detecta la radiación térmica emitida por este objeto,
siendo la detección más segura cuando el objeto se mueve
transversalmente a la zona de supervisión.
Los detectores pasivos de infrarrojos de la
generación actual pueden detectar, en efecto, de una manera muy
fiable los intrusos que penetran dentro de la zona de actuación del
detector, pero, en general, no están en condiciones de poder
distinguir las personas de los animales domésticos grandes, como por
ejemplo los perros, y emiten también una alarma en el caso de
detección de un animal. Pero estas falsas alarmas son, cuanto más
largas, tanto menos soportables, y la seguridad designada como
inmunidad de los animales domésticos de los detectores pasivos
infrarrojos frente a las faltas alarmas, que son activadas a través
de los animales domésticos que se mueven en el espacio de
supervisión, ha sido desarrollada en los últimos tiempos hacia un
requerimiento esencial del mercado. Cada vez más se demanda de los
detectores pasivos de infrarrojos del segmento de precio bajo, que
dispongan de inmunidad frente a los animales domésticos.
Cuando los detectores pasivos de infrarrojos
disponen actualmente ya de una inmunidad frente a los animales
domésticos, entonces ésta se consigue, salvo algunas pocas
excepciones, reduciendo en una medida correspondiente la
sensibilidad de reacción del detector, lo que significa una
reducción no deseada de la seguridad de la detección.
En un detector pasivo de infrarrojos descrito en
el documento US-A-4 849 635 con
inmunidad frente a los animales domésticos, ésta se consigue porque
el medio de enfoque, formado por medio de una disposición de lentes,
presenta una pluralidad de campos de visión o de zonas de
supervisión alineadas de manera diferente, que no se solapan entre
sí, las cuales se extienden desde la disposición de las lentes en
forma de abanico en el espacio de supervisión. Estas zonas de
supervisión están escalonadas verticalmente, estando formados huecos
aproximadamente del mismo tamaño entre las zonas individuales. Un
intruso con un tamaño mínimo determinado cruzará siempre al menos
una zona de supervisión y, por lo tanto, generará siempre una señal
de sensor, y un intruso por debajo de este tamaño mínimo cruzará
zonas de supervisión alternas y solamente huecos y no generará en el
último caso ninguna señal de sensor. De esta manera, una persona
generará durante su movimiento en el espacio de supervisión una
señal de sensor constante con una amplitud aproximadamente
constante, en cambio un animal activa una señal en forma de impulsos
de una amplitud máxima esencialmente reducida.
Puesto que en este sistema conocido, la
distinción entre hombre y animal doméstico se realiza con la ayuda
de la forma de la señal, y puesto que el escalonamiento vertical de
las zonas de supervisión es una constante del aparato, existe el
peligro relativamente grande de que los animales domésticos no se
puedan distinguir de las personas pequeñas y a la inversa.
A través de la invención debe indicarse ahora un
detector pasivo de infrarrojos del tipo mencionado al principio,
cuya capacidad de distinción entre personas y animales está mejorada
en una medida esencial.
El cometido planteado se soluciona según la
invención porque cada elemento de enfoque está constituido por un
número de elementos parciales, de manera que las zonas de
supervisión están divididas verticalmente en subzonas con elevación
ligeramente diferente, siendo seleccionada la elevación de los
elementos parciales de tal forma que en el caso de una pluralidad de
las zonas de supervisión, se lleva a cabo como máximo un solape
insignificante de las subzonas, porque las subzonas están
superpuestas apiladas unas encima de otras, y el apilamiento está
elegido de tal forma que se obtiene una secuencia de cortinas
densas, y porque la distinción entre hombre y animal se lleva a cabo
con la ayuda de la amplitud de la señal del sensor.
La solución según la invención tiene la ventaja
de que un animal doméstico aunque sea muy grande, con tal que su
altura sea menor que la de una persona, es distinguido siempre con
seguridad de una persona. Entonces una persona en posición vertical
cruzará siempre varias subzonas de zonas alejada y media, o zonas
media y próxima, etc. y de esta manera emitirá una señal de sensor
varias veces mayor que un animal de altura más baja. Entonces éste
cruzará claramente menos subzonas y generará una señal de sensor
claramente reducida. Un perro de tamaño normal cruzará una subzona o
como máximo dos, pero ésta sólo parcialmente, y activará entonces,
comparado con el detector descrito en el documento
EP-A-0 303 913 una señal reducida a
la mitad o a un tercio.
Una primera forma de realización reducida del
detector pasivo de infrarrojos según la invención se caracteriza
porque el número de los elementos parciales y de una manera
correspondiente el número de las subzonas aumenta a medida que se
reduce la distancia radial de la zona de supervisión respectiva
desde el detector.
Una segunda forma de realización preferida del
detector según la invención se caracteriza porque la sensibilidad en
las subzonas individuales es aproximadamente igual. Esto se consigue
a través de la evitación de solapes de las subzonas
individuales.
Una tercera forma de realización preferida del
detector según la invención se caracteriza porque la ponderación de
los elementos parciales individuales, especialmente su apertura
óptica y su superficie, está seleccionada para que un animal de un
tamaño determinado, que se mueve transversalmente al patrón de
cobertura formado por las zonas de supervisión, proporcione una
señal pequeña aproximadamente igual para todas las distancias entre
el animal y el detector. Con preferencia, el animal mencionado está
formado por un perro peludo de 80 cm de largo y 60 cm de alto.
Una cuarta forma de realización preferida del
detector según la invención se caracteriza porque el medio de
enfoque está formado por una disposición de espejos con reflectores
que forman los elementos de enfoque y cada reflector está dividido
en superficies parciales.
Estas superficies parciales, que son, en general,
superficies parciales paraboloides, se pueden agrupar, para la
fabricación del útil de fundición por inyección para la disposición
de espejo, en grupos de zonas de espejos coherentes, a partir de lo
cual se genera una fabricación y un mantenimiento de coste más
favorable del útil de fundición por inyección.
Una quinta forma de realización preferida se
caracteriza porque la disposición de espejos presenta una primera
serie de reflectores para una zona lejana, una segunda serie de
reflectores para una zona media, una tercera serie de reflectores
para una zona próxima y una cuarta serie de reflectores para una
zona panorámica, y porque los reflectores de la primera serie y los
reflectores de la segunda serie están divididos en tres superficies
parciales respectivas, los reflectores de la tercera serie están
divididos en cuatro superficies parciales y el reflector de la
cuarta serie está dividido en cinco superficies parciales.
Otra forma de realización preferida del detector
según la invención se caracteriza porque el sensor presenta cuatro
elementos sensores agrupados por parejas, que forman dos canales
independientes, y porque en cada canal se lleva a cabo una
evaluación de la señal respectiva.
A continuación se explica en detalle la invención
con la ayuda de un ejemplo de realización representado en los
dibujos; en este caso:
La figura 1 muestra una vista delantera
esquemática de los medios de enfoque, formados por una disposición
de espejos, de un detector según la invención.
La figura 2 muestra una sección según la línea II
- II de la figura 1.
La figura 3 muestra una vista en planta superior
sobre el patrón de cobertura formado con la disposición de espejos
de las figuras 1 y 2; y
La figura 4 muestra una vista lateral del patrón
de cobertura de la figura 3.
La disposición de espejos 1 representada en las
figuras 1 y 2 es un desarrollo adicional del espejo descrito en el
documento EP-A-0 303 913, a través
del cual se mejora este espejo de tal forma que es inmune frente a
animales domésticos en su zona de actuación. Como se describe en el
documento EP-A-0 303 913, a cuya
publicación se hace referencia expresamente aquí, la disposición de
espejos 1 está constituida por un número de reflectores, que están
configurados de tal forma que el espacio a supervisar está cubierto
en forma de abanico con zonas de supervisión que parten desde el
detector, estando previstas, de acuerdo con las diferentes
distancias desde el detector, varias de tales "zonas de
abanico" o zonas de supervisión. Se distinguen, por ejemplo,
cuatro zonas de supervisión, una zona alejada, una zona media, una
zona próxima y una llamada zona panorámica, que están cubiertas por
cuatro series de reflectores desplazados en la dirección
vertical.
Estas series son, en la disposición de los
espejos 1 la serie R_{1} para la zona alejada, la serie R_{2}
para la zona media, la serie R_{3} para la zona próxima y la zona
R_{4} para la zona panorámica, presentando la última serie sólo un
único reflector. La cobertura en forma de abanico se consigue a
través del desplazamiento mutuo de los reflectores de cada serie en
la dirección horizontal, donde para la consecución de un patrón de
cobertura aproximadamente de la misma forma, se incrementa el número
de los reflectores por serie con la distancia de la zona de
supervisión respectiva desde el detector.
Cada reflecto "mira" en un ángulo
determinado del espacio de una zona determinada, recibe la radiación
térmica que incide desde este ángulo del espacio y la concentra
sobre el sensor S sensible al calor (figura 2), que está formado,
por ejemplo, por un pirosensor. El pirosensor es con preferencia un
llamado pirosensor infrarrojo pasivo, como se emplea, por ejemplo,
en los detectores pasivos de infrarrojos de la Siemens Building
Technologies AG, Cerberus División, anteriormente Cerberus AG (ver a
este respecto también el documento
EP-A-0 303 913). Tan pronto como un
objeto, que emite radiación térmica, penetra en una zona de
supervisión, el sen sor detecta la radiación térmica emitida por
este objeto, después de lo cual el detector emite una señal de
alarma. Esta señal de alarma indica que un objeto, por ejemplo un
intruso, se encuentra en el espacio de supervisión.
De acuerdo con la representación, la serie de
reflectores R_{1} para la zona alejada está constituida por siete
reflectores del tipo de franja, en forma paraboloide, 2 a 8, la
serie de reflectores R_{2} para la zona media está constituida por
cinco reflectores 9 a 13, la serie de reflectores R_{3} para la
zona próxima está constituida por tres reflectores 14 a 16 y la
serie de reflectores R_{4} para la zona próxima está constituida
por un único reflector 17. Esta disposición es igual a la descrita
en el documento EP-A-0 303 913. Sin
embargo, a diferencia de la última disposición, los reflectores
individuales no están constituidos por una única superficie,
continuamente curvada, sino que presentan, respectivamente, varias
superficies parciales de diferente orientación vertical, con lo que
se dividen las zonas de supervisión asociadas de una manera
correspondiente en subzonas. Las transiciones entre las superficies
parciales están indicadas en las figuras 1 y 2 por medio de líneas
horizontales de trazos o curvas.
Como se puede deducir especialmente a partir de
la figura 1, los reflectores 2 a 8 para la zona alejada y los
reflectores 9 a 13 para la zona media están constituidos,
respectivamente, por tres superficies parciales, los reflectores 14
a 16 para la zona próxima están constituidos, respectivamente, por
cuatro superficies parciales y el reflector 17 para la zona
panorámica está constituido por cinco superficies parciales. Las
superficies parciales individuales están ponderadas, es decir, que
su apertura óptica y su superficie están seleccionadas de tal forma
que un perro de un tamaño determinado (por ejemplo, un perro peludo
de 80 cm de largo y 60 cm de alto), que se mueve transversalmente al
patrón de cobertura (figura 3), genera una señal que es
aproximadamente igual para cada distancia desde el perro hasta el
detector.
La figura 3 muestra el patrón de cobertura de las
zonas de supervisión, que corresponden a los reflectores de la
disposición de espejos 1 (figura 1) sobre el suelo del espacio a
supervisar, la figura 4 muestra la curva de la radiación térmica
desde las zonas de supervisión hasta el detector designado con el
signo de referencia 18, a lo largo de la diagonal horizontal del
cuadrado representado en la figura 3 con líneas de puntos y trazos,
y que simboliza un espacio de supervisión cuadrado. Las zonas de
supervisión a lo largo de la diagonal mencionada están designadas de
una manera similar a la figura 1 con 5_{1}, 5_{2}, 5_{3} para
la zona alejada, 11_{1}, 11_{2}, 11_{3} para la zona media,
15_{1}, 15_{2}, 15_{3}, 15_{4} para la zona próxima y
17_{1}, 17_{2}, 17_{3}, 17_{4} y 17_{5} para la zona
panorámica. Los reflectores laterales 2-4 y
6-7 de la serie R_{1} para la zona alejada, 9, 10
y 12, 13 de la serie R_{2} para la zona media y 14 y 16 de la
serie R_{3} para la zona próxima no están designados con signos
de referencia por razones de mayor claridad.
Si se compara el patrón de cobertura representado
con el patrón mostrado en la figura 3 del documento
EP-A-0 303 913, se ve que la
división de los reflectores en superficies parciales conduce a una
cobertura esencialmente más densa del espacio de supervisión porque
ahora están presentes en el espacio de supervisión esencialmente más
zonas de supervisión. Si están presentes 16 zonas de supervisión en
el detector descrito en el documento
EP-A-0 303 913, ahora existen 53.
estas 53 superficies parciales paraboloides están agrupadas en 9
zonas de espejos coherentes, que pueden ser fresadas durante la
fabricación del útil de moldeo por inyección para el espejo 1
(figura 1) como partes coherentes, a partir de lo cual se deduce una
fabricación y mantenimiento de coste más favorable del útil de
moldeo por inyección.
Las zonas de supervisión son esencialmente más
largas debido a la división en subzonas. Como se puede deducir
especialmente a partir de la figura 4, las subzonas están
superpuestas apiladas unas encima de otras. Están en contacto entre
sí, pero solamente como máximo muy poco, de manera que no se
obtienen zonas de sensibilidad mayor. En los solapes, se enfocaría,
en efecto, en la zona del solape, desde las dos zonas de solape
respectivas al mismo tiempo radiación térmica sobre el sensor y de
esta manera se generaría una señal correspondientemente más fuerte.
La ausencia de solape mutuo no se aplica para las zonas de solape
5_{1}, 5_{2}, 5_{5} de la zona alejada, porque aquí no se
puede evitar un solape debido al desarrollo plano del haz de rayos.
En virtud de la geometría de los reflectores 2 a 8, se selecciona
aquí la elevación de las superficies parciales de tal forma que las
zonas de solape se solapan de la manera que se representa en la
figura 4. Pero puesto que la zona alejada se encuentra a una
distancia relativamente grande de 12 a 15 m aproximadamente del
detector, no son críticas aquí las oscilaciones de la amplitud de la
señal.
En la figura 4, el detector 18 se encuentra a una
altura de 2,25 m sobre el suelo, las dos líneas horizontales H y M
corresponden a una altura de 0,6 y 1,8 m, respectivamente, y
simbolizan de esta manera el movimiento de un perro o bien de un
hombre en la zona de supervisión. Como se deduce a partir de la
figura, un perro sólo cruza totalmente una subzona de actuación del
detector en la mayoría de los casos o parcialmente dos subzonas, de
manera que, comparado con la disposición de espejos según el
documento EP-A-0 303 913, donde no
están presentes subzonas y, por lo tanto, siempre se cruza una zona
de supervisión completa que corresponde a 3 o más subzonas, la señal
del sensor S (figura 1) está reducida aproximadamente en un 50% a
70%. En cambio, un intruso que camina de pie cruza siempre varias
subzonas de la zona alejada y de la zona media o de la zona media y
de la zona próxima o de la zona próxima y la zona panorámica y
genera de esta manera una señal varias veces mayor que el perro.
Las relaciones que se acaban de describir se
ilustran en la figura 4 para tres distancias diferentes desde el
detector, E_{1} = 1,5 m, E_{2} = 5 m y E_{3} = 10 m. A la
distancia E_{1}, una persona (línea M) cruza las subzonas
15_{2}, 15_{1}, 11_{3}, 11_{2} y 11_{1}, en cambio un
perro (línea H) solamente cruza las subzonas 15_{2} y 15_{1}. En
la distancia E_{3}, una persona cruza las subzonas 11_{1},
5_{3}, 5_{2} y 5_{1}, un perro solamente cruza la subzona
11_{1}.
Ensayos prácticos han mostrado que dentro de una
zona de actuación de 12 a 13 m, la señal del sensor disparada por un
perro de aproximadamente 30 kg de peso es a lo sumo el 50% del
umbral de detección, de manera que este perro no puede disparar con
seguridad ninguna falsa alarma. Fuera de la zona de actuación
mencionada, la señal del peso está apenas por debajo del umbral de
detección. Cuando las zonas alejadas del detector pueden
"proyectarse" sin limitación por una pared más allá de la zona
de actuación, entonces no se pueden excluir falsas alarmas a través
de perros grandes.
Este problema se puede eliminar utilizando como
sensor S, en lugar de un pirosensor doble estándar (ver a este
respecto el documento EP-A-0 303
913), un quadpirosensor con 4 fragmentos o elementos sensores. En un
sensor de este tipo, cada pareja de elementos sensores forma un
canal, correspondiendo los dos canales, en cuando a la actuación, a
una división vertical de las zonas de supervisión. De estos dos
canales, el canal inferior "mira" aproximadamente a 20 m de
distancia del detector hacia el suelo, de manera que se limita de
este modo el alcance cuando se requiere para una alarma una señal en
ambos canales. Por otra parte, ni siquiera un perro grande podrá
proporcionar nunca en el canal superior una señal por encima del
umbral de detección, de manera que tampoco los perros grandes pueden
disparar falsas alarmas fuera de la zona de actuación del
detector.
Una variante de coste más favorable en
comparación con el quadpirosensor, pero menos efectiva sería la
utilización de Longflakes-Pyros. En el caso de los
fragmentos (flakes) estándar, la imagen de un perro de tamaño medio
cubre claramente más que el 50% de la altura de los fragmentos
(elementos sensores), y la imagen de una persona que se desplaza de
pie, se proyecta por encima de la altura de los fragmentos, sin que
la parte que se proyecta por encima de los fragmentos contribuya
nada a la señal del sensor. Si se duplicase, por ejemplo, la altura
de los fragmentos, entonces la diferencia entre las señales
provocadas por el perro y por una persona sería esencialmente mayor,
lo que mejoraría la posibilidad de distinción. El factor de ganancia
(incremento de la señal de una persona) frente a un sensor doble
sería aproximadamente 1,4, en el Quadsensor sería de 2,5 a 3.
Claims (8)
1. Detector pasivo de infrarrojos con un sensor
(S) sensible al calor y con un medio de enfoque para la
concentración sobre el sensor (S) de la radiación térmica, que
incide desde el espacio de supervisión sobre el detector,
presentando el medio de enfoque elementos de enfoque para zonas de
supervisión con diferente longitud en el espacio de supervisión,
caracterizado porque cada elemento de enfoque está
constituido por un número de elementos parciales, de manera que las
zonas de supervisión están divididas verticalmente en subzonas
(5_{1}-5_{3},
11_{1}-11_{3},
15_{1}-15_{4},
17_{1}-17_{5}) con una elevación ligeramente
diferente, estando elegida la elevación de los elementos parciales
de tal forma que en el caso de una pluralidad de las zonas de
supervisión se lleva a cabo como máximo un solape insignificante de
las subzonas (5_{1}-5_{3},
11_{1}-11_{3},
15_{1}-15_{4},
17_{1}-17_{5}), porque las subzonas
(5_{1}-5_{3},
11_{1}-11_{3},
15_{1}-15_{4},
17_{1}-17_{5}) están superpuestas apiladas unas
encima de otras, y el apilamiento está elegido de tal forma que se
obtiene una secuencia de cortinas densas, y porque la distinción
entre hombre y animal se lleva a cabo con la ayuda de la amplitud de
la señal del sensor.
2. Detector pasivo de infrarrojos según la
reivindicación 1, caracterizado porque el número de los
elementos parciales y de una manera correspondiente el número de las
subzonas (5_{1}-5_{3},
11_{1}-11_{3},
15_{1}-15_{4},
17_{1}-17_{5}) aumenta a medida que se reduce
la distancia radial de la zona de supervisión respectiva desde el
detector.
3. Detector pasivo de infrarrojos según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la sensibilidad en
las subzonas individuales (5_{1}-5_{3},
11_{1}-11_{3},
15_{1}-15_{4},
17_{1}-17_{5}) es aproximadamente igual.
4. Detector pasivo de infrarrojos según la
reivindicación 3, caracterizado porque la ponderación de los
elementos parciales individuales, especialmente su apertura óptica y
su superficie, está seleccionada para que un animal de un tamaño
determinado, que se mueve transversalmente al patrón de cobertura
formado por las zonas de supervisión, proporcione una señal pequeña
aproximadamente igual para todas las distancias entre el animal y el
detector.
5. Detector pasivo de infrarrojos según una de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el medio de
enfoque está formado por una disposición de espejos (1) con
reflectores (2-17) que forman los elementos de
enfoque y cada reflector (2-17) está dividido en
superficies parciales.
6. Detector pasivo de infrarrojos según la
reivindicación 5, caracterizado porque la disposición de
espejos (1) presenta una primera serie de reflectores (R_{1}) para
una zona lejana, una segunda serie de reflectores (R_{2}) para una
zona media, una tercera serie de reflectores (R_{3}) para una zona
próxima y una cuarta serie de reflectores (R_{4}) para una zona
panorámica, y porque los reflectores (2-8) de la
primera serie y los reflectores (9-13) de la segunda
serie están divididos en tres superficies parciales respectivas, los
reflectores (14-16) de la tercera serie están
divididos en cuatro superficies parciales y el reflector (17) de la
cuarta serie está dividido en cinco superficies parciales.
7. Detector pasivo de infrarrojos según la
reivindicación 5, caracterizado porque el sensor (S) presenta
cuatro elementos sensores agrupados por parejas, que forman dos
canales independientes, y porque en cada canal se lleva a cabo una
evaluación de la señal respectiva.
8. Detector pasivo de infrarrojos según la
reivindicación 5, caracterizado porque el sensor (S) presenta
dos elementos sensores, cuya altura está claramente prolongada en
comparación con los elementos sensores de un pirosensor doble
estándar.
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