TW201501085A

TW201501085A - 太陽能電池單元驅動式之物體感測系統

Info

Publication number: TW201501085A
Application number: TW103110377A
Authority: TW
Inventors: Hiroshi Makino; Koji Hayashide; Mataichi Kurata; Hiroyuki Ikeda
Original assignee: Optex Co Ltd
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2015-01-01
Also published as: JP6255161B2; FR3003651B1; FR3003651A1; KR20140117275A; JP2014182723A; KR101923756B1; US20140285342A1; TWI636433B; AU2014201662B2; US9576456B2; AU2014201662A1

Abstract

本發明之太陽能電池單元驅動式之物體感測系統中，感測單元3的接收部2，具有：發射器30，將紅外線的接收(受光)位準發射至發射部1；要求信號輸出部26，對發射部1發射控制發射紅外線強度的要求信號M，以使接收位準成為預設之規定值；而發射部1具有：紅外線(感測線)強度控制機構15，接受要求信號M，控制發射紅外線的強度，以使接收位準成為規定值。另外，電源單元31為太陽能電池單元，其具有太陽能面板與儲存其電力的充電媒體。

Description

太陽能電池單元驅動式之物體感測系統

本發明係關於一種太陽能電池單元驅動式之物體感測系統，係藉由太陽能電池單元驅動具有發射部與接收部的感測單元，以接收部持續接收從發射部發出的感測線，並在該感測線被物體遮斷時感測到物體。

以往具有一種感測單元，係將如投光部之發射部以及如受光部之接收部以對向夾住感測區域的方式配置，並由受光部持續接收從投光部發出的例如紅外線(IR)之感測線，而當該紅外線在感測區域內被物體遮斷時感測到物體，這樣的物體感測系統已為人所知。該物體感測系統，係使用於例如，感測到物體而發出警報的防止犯罪用感測器。

近年，為了低消耗電力化以及減少配線工程，大多使用從電池對感測單元供給電源的「電池驅動式物體感測系統」。作為該電源單元，可使用例如，具有「利用太陽光的太陽能面板」以及「儲存該電力的二次電池」之太陽能電池單元的裝置(例如，專利文獻1)。【先前技術文獻】【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開平9-161157號公報

【發明所欲解決之課題】

然而，以往的太陽能電池單元驅動式之物體感測系統中，若感測距離變長，則消耗電力因為感測線的強度變大而增加，而必須使用大容量的電池，且組裝的太陽能面板亦必須大型化。此情況下，系統大型化的同時亦提高成本。另一方面，若將太陽能面板小型化，則無法確保充分的電池容量，且因為消耗電力變小導致感測距離變短，而難以進行長距離感測。

本發明之目的，係在於解決此問題，而提供一種太陽能電池單元驅動式之物體感測系統，其在維持電池容量以及太陽能面板之發電容量小型化的前提下，可實現長距離感測。【解決課題之機構】

為了達成此目的，本發明之一構成的太陽能電池單元驅動式之物體感測系統具備：感測單元，具有往感測區域發出感測線的發射部，以及接收從發射部發出的感測線、且藉由在該感測區域中感測線被物體所遮斷而感測到物體的接收部；及電源單元，對該感測單元供給電力。接收部具有：發射器，將感測線的接收位準發射至發射部；要求信號輸出部，對發射部發出控制發射感測線強度的要求信號，以使接收位準成為預先設定之規定值；發射部具有：感測線強度控制機構，其接受該要求信號，控制發射感測線的強度以使該接收位準成為規定值；該電源單元為太陽能電池單元，具有太陽能面板以及儲存該電力的充電媒體。

根據此構成，發射部因為在從接收部接受「控制發射感測線強度」的要求信號時，控制發射感測線的強度以使接收位準成為規定值，故可在例如，因為暫時的霧或雨等惡劣環境狀態下，導致發射感測線強度衰減而使接收位準降低的情況下提高其強度；而在大部分時間的一般環境狀態中，因為發射感測線的強度並未衰減，而使發射感測線的強度降低，因此，可降低電源單元整體的消耗電力。另外，因為電源單元係具有「太陽能面板」與「儲存其電力之充電媒體(如二次電池)」的太陽能電池單元，而可藉由上述消耗電力的降低，使太陽能面板小型化，並使電池容量變小，故可實現太陽能電池單元的小型化。藉此，在維持電池容量以及太陽能面板之發電容量小型化的前提下，可實現長距離感測。另外，即使是相同距離的感測，亦可實現使用小型太陽能電池單元的技術。

較佳的態樣，係設置強度手動操作部，其係以手動操作的方式，對該要求信號輸出部，設定該發射感測線的強度。此情況中，可因應感測距離，輕易以手動設定發射感測線的強度。

本發明之另一構成的防止犯罪用感測器，具備此種太陽能電池單元驅動式之物體感測系統，可在感測到物體時發出警報。藉此，可輕易地確保戶外的電源，在維持電池容量以及太陽能面板的發電容量小型化的前提下，實施長距離感測(警戒)。另外，即使是以相同的距離進行感測，亦可實現使用小型太陽能電池單元的技術。【發明的效果】

本發明，因為係使用太陽能電池單元作為電源單元，且因為發射部在從接收部接受「控制發射感測線強度」的要求信號時，控制發射感測線的強度以使接收位準成為規定值，故可降低電源單元的消耗電力，而能夠在維持電池容量以及太陽能面板的發電容量小型化的前提下，實現長距離感測。

以下，以圖式說明本發明之實施態樣。圖1係顯示本發明之一實施態樣的太陽能電池單元驅動式之物體感測系統的立體圖。如圖1所示，該物體感測系統具備：感測單元3，其具有朝向感測(警戒)區域D發出感測線(例如紅外光束IR)的發射部1(例如投光部)，以及接受所發出之紅外光束IR，並藉由紅外線在感測區域D中被物體遮斷而感測到物體的接收部2(例如受光部)；及太陽能電池單元31，其係對感測單元3供給電力的電源單元。此例中，感測單元3為AIR型(主動型)；該物體感測系統，設置於例如戶外，其係使用於「在感測到物體時發出警報信號」的防止犯罪用感測器。

投光部1具有安裝於柱體P或壁面等安裝面的基材9，以及覆蓋該基材9的蓋體10；而受光部2亦相同，具有基材19與覆蓋該基材19的蓋體20。

圖2係顯示本實施態樣之太陽能電池單元驅動式之物體感測系統的方塊圖。該投光部1中，投光器11具備圖中未顯示的紅外線發光二極體等投光元件，以及用以形成所投光之紅外光束IR的投光透鏡或是反射鏡之類的投光側光學系統；該投光元件，係藉由投光器驅動電路12以既定頻率驅動發光，而使由脈衝調變光所形成的紅外光束IR，通過覆蓋投光器11正面的蓋體10(圖1)而投光。此例中，投光器11具有例如，上下一對的投光元件以及投光側光學系統，受光器21具有上下一對的受光元件以及受光側光學系統。

投光部1中更設有：接收器13，以無線信號r接收後述的受光位準顯示信號；紅外線(感測線)強度控制機構(紅外線強度控制電路)15，控制投光器驅動電路12以使受光位準成為預設之規定值，進而自動地對來自投光器11的投光紅外線的強度(投光功率)進行增減控制。紅外線強度控制機構15，亦可以手動調整投光功率。圖1的基材9中，安裝有投光器11、投光器驅動電路12、接收器13以及紅外線強度控制機構15等電路元件，該等電路元件被蓋體10所覆蓋。

另一方面，圖2的受光部2中，受光器21具備圖中未顯示的受光側光學系統(例如受光透鏡或聚焦鏡)，以及發光二極體等受光元件；該受光元件，通過覆蓋受光器21正面的蓋體20(圖1)接收入射的紅外光束IR，並輸出與該受光量對應的受光量信號A。

該受光量信號A，在經由放大器22放大之後，輸入感測器23，接著輸出與「已去除雜光(Stray Light)成分之脈衝調變光」的位準對應的信號B。另一方面，受光量信號A被輸入受光位準･雜訊感測電路24，在感測信號為受光位準或是雜訊的同時，受光位準的信號被輸入至基準電壓設定電路25。藉由比較器27，比較「來自感測器23的輸出信號B」與「基準電壓設定電路25所設定的基準電壓Vref」，而僅有位準高於基準電壓Vref的信號B被輸出至判別電路28。在判別電路28，判斷信號B是否在預設的「非法入侵者感測位準」以下，在該感測位準以下時，將感測信號C輸出至警報電路29，並從警報電路29輸出警報信號，以告知感測(警戒)區域D內有非法入侵者。

受光部2，更具備要求信號輸出部26，其為了使該受光位準･雜訊感測電路24所感測到的受光位準成為預設規定值，而從發射器30將控制投光紅外線強度的要求信號M發射至投光部1。發射器30，以無線信號r將該要求信號M以及受光位準發射至接收器13。投光部1，在接收器13接收來自受光部2的「增加投光紅外線強度」之要求信號M時，藉由該紅外線強度控制機構15，驅動投光器驅動電路12，以使受光位準成為規定值，進而使投光紅外線的強度增加。

圖1的基材19中，安裝有下述電路元件：受光器21、放大器22、感測器23、受光位準･雜訊感測電路24、基準電壓設定電路25、要求信號輸出部26、比較器27、判別電路28、警報電路29以及發射器30等電路元件，而該等電路元件被蓋體20所覆蓋。

另外，物體感測系統中設定有感測感度的感度界限(margin of sensitivity)，即使設置場所的環境條件惡化，亦能保持感測狀態。該紅外線強度控制機構15，進行投光紅外線的強度增減控制，以使該感度界限成為定值。亦即，即使在霧或雨中等惡劣環境狀態下，亦以考量投光紅外線的衰減而能夠保持感測狀態的方式，提高投光紅外線強度的控制；相對於此，因為一般環境狀態中，投光紅外線並未衰減，故即使強度降低，亦可保持感測狀態。而在警戒時，因為普通的情況下，惡劣環境狀態僅為暫時，在短時間內即結束，而大部分時間為一般環境狀態，本發明著眼於此，在惡劣環境狀態下，從受光部2的要求信號輸出部26，對投光部1發射「增加投光紅外線強度」的要求信號，並藉由投光部1的紅外線強度控制電路15，增加投光紅外線的強度，藉此暫時提高其強度；而在其他大部分時間，則在一般環境狀態下保持較低強度，可因應環境狀態使感測感度最佳化。

另外，亦可藉由圖2的強度手動操作部34，以手動操作對要求信號輸出部26設定投光紅外線(發射感測線)的強度。強度手動操作部34，例如，可因應感測距離，以手動操作設定H(高)、M(中)、L(低)三階段的強度，而該要求信號則從發射器30發射至投光部1。例如，在感測距離較短時，以手動設定L(低)的強度。藉此，可因應感測距離，輕易地以手動設定投光紅外線的強度。又，亦可因應需求省略該強度手動操作部34。

對該感測單元3供電的電源單元，係使用例如太陽能電池單元，其具有太陽能面板與儲存其電力的充電媒體(例如二次電池)。充電媒體中亦包含電容。圖3係顯示本發明的一實施態樣之太陽能電池單元31的立體圖。圖4係從圖3之太陽能電池單元31的背面側觀察、並將一部分切開的部分分解圖。圖5係圖3的太陽能電池單元31的側面圖。圖3的太陽能電池單元31藉由安裝部41裝設於柱體P的上端，該柱體P上安裝有圖1之感測單元3。

圖3的太陽能電池單元31，具備太陽能面板32、本體殼體33以及本體31A；該本體31A具有以覆蓋本體殼體33之外周圍的方式所形成之外周壁35。如圖5所示，本體殼體33，具有近似箱形的形狀，係由包含殼體頂面33a的上半部殼體33A，及包含殼體底面33b的下半部殼體33B所構成。下半部殼體33B中，收納有儲存來自太陽能面板32的例如直流電力的二次電池45，以及控制單元整體的控制電路(控制基板)46。二次電池45，係使用例如鋰離子電池。藉由太陽能面板32的底面32a與本體殼體33的頂面33a之間所設置的複數通氣孔38，使殼體本體33外部與後述的空間部36連通。

外周壁35以其壁面將本體殼體33遮光，而可抑制本體殼體33內部的溫度上升。藉此，可提升二次電池45的壽命性能。另外，外周壁35的壁面，因為覆蓋本體殼體33的外周圍，亦具有提高對於本體殼體33內部之防水性以及防蟲性的效果。

太陽能面板32的底面32a與本體殼體33的殼體頂面33a之間，設有空間部36。藉由該空間部36，可使本體殼體33隔絕太陽能面板32所具有的熱。另外，太陽能面板32的底面32a與本體殼體33的頂面33a之間，設有複數通氣孔38。如圖4所示，外周壁35上，在與空間部36對向的位置，設有複數通氣孔37。此例中，為了促進空間部36中之空氣的對流，而在外周壁35的四面設置通氣孔37。藉由該通氣孔37，使外部氣流透過通氣孔38流入空間部36，使空間部36進行換氣，藉此更可提高其隔熱效果。

外周壁35固定於太陽能面板32的底面32a；形成於本體殼體33的側面與外周壁35之間的間隙39朝向下方開口。藉由該間隙39，使得空氣可從間隙39的下方往上方的空間部36以及外周壁35的通氣孔37對流，而更能夠抑制本體殼體33內部的溫度上升。

圖3的太陽能電池單元31，更具備：支持部40，支持本體31A並使其可在R方向上轉動；以及固定單元用的安裝部41。本體31A以支持部40的螺絲42所構成的旋轉軸為中心而在R方向上轉動，而能夠任意變換太陽能面板32之太陽面的角度。

如圖5所示，此例中，本體殼體33的內部雖未畫分，但亦可畫分成為「可個別收納二次電池45及控制電路46之類的電子零件」的複數空間等的態樣。此情況中，以分隔板61(二點虛線)畫分二次電池45及控制電路46等，藉此可以分隔板61將各部隔熱，可更提高本體殼體33的隔熱效果。

該空間部36中，亦可在太陽能面板32的底面32a與本體殼體33的頂面33a的至少一方，設置隔熱材62(二點虛線)。此情況下，可更提高對於本體殼體33的隔熱效果。藉此，可藉由隔熱效果，更抑制收納二次電池45(其儲存來自太陽能面板32之電力)之本體殼體33內的溫度上升，而可延長二次電池45的使用壽命，以及提升其性能。

如此，本發明中，因為使用太陽能電池單元作為電源單元，且投光部(發射部)在接收將來自受光部(接收部)之投光紅外線的強度增加之要求信號以使受光位準成為規定值時，增加投光紅外線的強度，而可在投光紅外線強度於霧或雨等惡劣環境狀態中暫時衰減而導致受光位準降低的情況下，進行提高該強度的控制；而在一般環境狀態下，投光紅外線的強度於大部分時間未衰減的情況中，可降低投光紅外線的強度，故可降低電源單元的整體消耗電力。藉此，可在維持電池容量以及太陽能面板的發電容量小型化的前提下，實現長距離感測(警戒)。另外，即使是相同的距離感測，亦可實現使用小型太陽能電池單元的技術。更進一步，因為太陽能電池單元的小型化，而可更降低系統的價格。

另外，在使用於戶外的防止犯罪用感測器之物體感測系統中，有些情況難以確保驅動用電源，但本發明中，因為太陽能電池單元31具有高隔熱效果，使得二次電池45具有長使用壽命以及高性能，故可充分將太陽能電池單元31使用為物體感測系統的驅動用電源。

又，上述實施態樣中，雖使用紅外線作為感測線，但對此並無任何限定，亦可使用可見光、微波、雷射等。

1‧‧‧發射部(投光部)
2‧‧‧接收部(受光部)
3‧‧‧感測單元
9‧‧‧基材
10‧‧‧蓋體
11‧‧‧投光器
12‧‧‧投光器驅動電路
13‧‧‧接收器
15‧‧‧紅外線強度控制電路(感測線強度控制機構)
19‧‧‧基材
20‧‧‧蓋體
21‧‧‧受光器
22‧‧‧放大器
23‧‧‧感測器
24‧‧‧受光位準･雜訊感測電路
25‧‧‧基準電壓設定電路
26‧‧‧要求信號輸出部
27‧‧‧比較器
28‧‧‧判別電路
29‧‧‧警報電路
30‧‧‧發射器
31‧‧‧電源單元(太陽能電池單元)
31A‧‧‧本體
32‧‧‧太陽能面板
32a‧‧‧底面
33‧‧‧本體殼體
33a‧‧‧殼體頂面
33A‧‧‧上半部殼體
33b‧‧‧殼體底面
33B‧‧‧下半部殼體
34‧‧‧強度手動操作部
35‧‧‧外周壁
36‧‧‧空間部
37‧‧‧通氣孔
38‧‧‧通氣孔
39‧‧‧間隙
40‧‧‧支持部
41‧‧‧安裝部
42‧‧‧螺絲
45‧‧‧二次電池
46‧‧‧控制電路(控制基板)
61‧‧‧畫分板
62‧‧‧隔熱材
IR‧‧‧紅外線(感測線)
A‧‧‧受光量信號
B‧‧‧信號
C‧‧‧感測信號
D‧‧‧感測區域
M‧‧‧要求信號
r‧‧‧無線信號
P‧‧‧柱體
R‧‧‧方向
IR‧‧‧紅外光束
Vref‧‧‧基準電壓

【圖1】係顯示本發明之一實施態樣的太陽能電池單元驅動式之物體感測系統的立體圖。【圖2】係顯示相同實施態樣之相同系統的電路構成的方塊圖。【圖3】係顯示相同系統之電池的太陽能電池單元的立體圖。【圖4】係將太陽能電池單元的一部分切開的部分分解圖。【圖5】係顯示太陽能電池單元的側面圖。

無

1‧‧‧發射部(投光部)

2‧‧‧接收部(受光部)

3‧‧‧感測單元

11‧‧‧投光器

12‧‧‧投光器驅動電路

13‧‧‧接收器

15‧‧‧紅外線強度控制電路(感測線強度控制機構)

21‧‧‧受光器

22‧‧‧放大器

23‧‧‧感測器

24‧‧‧受光位準．雜訊感測電路

25‧‧‧基準電壓設定電路

26‧‧‧要求信號輸出部

27‧‧‧比較器

28‧‧‧判別電路

29‧‧‧警報電路

30‧‧‧發射器

31‧‧‧電源單元(太陽能電池單元)

34‧‧‧強度手動操作部

IR‧‧‧紅外線(感測線)

A‧‧‧受光量信號

B‧‧‧信號

C‧‧‧感測信號

D‧‧‧感測區域

M‧‧‧要求信號

r‧‧‧無線信號

IR‧‧‧紅外光束

Vref‧‧‧基準電壓

Claims

一種太陽能電池單元驅動式之物體感測系統，包含：　　感測單元，其具有：朝向感測區域發出感測線的發射部；以及接收從該發射部發出的感測線、並藉由感測線在該感測區域中被物體遮斷而感測到物體的接收部；及　　電源單元，對該感測單元供電；　　該接收部具有：發射器，對該發射部發射感測線的接收位準；及要求信號輸出部，對發射部發射控制發射感測線之強度的要求信號，以使接收位準成為預設之規定值；　　該發射部具有：感測線強度控制機構，接收該要求信號，控制發射感測線的強度以使該接收位準成為規定值；　　該電源單元為太陽能電池單元，其具有太陽能面板與儲存該電力的充電媒體。
如申請專利範圍第1項之太陽能電池單元驅動式之物體感測系統，更包含：強度手動操作部，以手動操作的方式，對該要求信號輸出部，設定該發射感測線的強度。
一種防止犯罪用感測器，包含：如申請專利範圍第1項之太陽能電池單元驅動式之物體感測系統；其在感測到物體時，發出警報。