[0001] Die Erfindung betrifft einen Passiv-Infrarotmelder mit einem ersten Sensor für die
Erzeugung eines für die Temperaturdifferenz zwischen einer Wärmequelle und deren Umgebung
repräsentativen Infrarotsignals, mit einem von der Umgebungstemperatur des Melders
beeinflussten zweiten Sensor, und mit einer Auswerteschaltung zur Verarbeitung des
Infrarotsignals, wobei die Auswerteschaltung eine Temperaturkompensation zur Beeinflussung
der Empfindlichkeit des Melders in Abhängigkeit von der genannten Umgebungstemperatur
aufweist.
[0002] Die Amplitude des Infrarotsignals ist annähernd proportional zur Temperaturdifferenz
zwischen dem Eindringling und Gegenständen, die im Hintergrund des Überwachungsbereichs
vorhanden sind. Die letztere Temperatur wird nachfolgend als Hintergrundtemperatur
bezeichnet. Genau genommen, entspricht das Infrarotsignal dem Stefan-Boltzmannschen
Gesetz, gemäss dem die Gesamtstrahlung des schwarzen Körpers über alle Wellenlängen
pro cm
2 und Sekunde der 4. Potenz der absoluten Temperatur des Körpers proportional ist.
Die Empfindlichkeit oder der Detektionsbereich von Passiv-Infrarotmeldern ist somit
weitgehend von der Hintergrundtemperatur abhängig, das heisst, dass die Empfindlichkeit
mit Abnahme der Temperaturdifferenz abnimmt, was dann der Fall ist, wenn sich die
Hintergrundtemperatur der Körpertemperatur des Eindringlings nähert. Dieser Fall tritt
beispielsweise in heissen oder tropischen Gegenden auf.
[0003] Wenn man davon ausgeht, dass ein Raum in der Regel eine homogene Temperaturverteilung
aufweist, so dass die Hintergrundtemperatur der Umgebungstemperatur des Melders ungefähr
gleich ist und sich synchron mit dieser ändert, dann liefert der zweite Sensor nicht
nur Informationen über die Umgebungstemperatur sondern auch über die Hintergrundtemperatur.
Somit eröffnet der zweite Sensor die Möglichkeit, ein Ansteigen der Hintergrundtemperatur
auf Körpertemperatur und die damit verbundene Verminderung des Temperaturkontrasts
zwischen einem Eindringling und dem Hintergrund zu erkennen und das Infrarotsignal
in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zu verstärken. Alternativ kann die Verstärkung
des Infrarotsignals unverändert bleiben und die Alarmschwelle des Melders entsprechend
verändert werden.
[0004] Ein derartiger Melder, wie er beispielsweise in der US-A-4 195 234 beschrieben ist,
weist eine konstante Detektionsempfindlichkeit auf. Wenn allerdings die Umgebungstemperatur
die Körpertemperatur des Eindringlings übersteigt, wird die Verstärkung des Infrarotsignals
erhöht oder die Alarmschwelle verkleinert. Auch im umgekehrten Fall, wenn die Körpertemperatur
unter die Umgebungstemperatur sinkt, bleibt die Detektionsempfindlichkeit nicht konstant.
[0005] In der US-A-5 629 676 ist ein Passiv-Infrarotmelder beschrieben, dessen Empfindlichkeit
auch dann, wenn die Umgebungstemperatur die menschliche Körpertemperatur übersteigt,
im wesentlichen konstant bleiben soll. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass nach
Überschreiten des Temperaturkontrastminimums, wenn Eindringling und Hintergrund ungefähr
die gleiche Temperatur haben, die Melderempfindlichkeit verkleinert wird.
[0006] Da der zweite Sensor, wie schon erwähnt, in der Regel auf der im Inneren des Melders
vorgesehenen Melderplatine angeordnet ist, misst dieser Sensor nicht die Hintergrundtemperatur
und streng genommen nicht einmal die Temperatur in der Umgebung des Melders, sondern
die Temperatur im Melderinneren. Das kann dazu führen, dass es infolge von warmem
oder kaltem Luftzug am Ort des Melders zu einer Fehlanpassung der Empfindlichkeit
kommen kann, weil sich der Melder im Vergleich zum Hintergrund zu stark oder zu rasch
erwärmt beziehungsweise abkühlt. Diese Fehlanpassung kann zu einer Reduktion der Robustheit
des Melders gegenüber Störeinflüssen wie beispielsweise Weisslicht oder EMV-Störer
und dergleichen führen.
[0007] Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, einen Passiv-Infrarotmelder der eingangs
genannten Art anzugeben, bei dem die Temperaturkompensation so wirkt, dass die Robustheit
des Melders gegen Fehlalarme erhöht wird.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Temperaturkompensation
so ausgebildet ist, dass bei Änderung der Umgebungstemperatur keine unmittelbare Beeinflussung
der Empfindlichkeit des Melders erfolgt. Vorzugsweise ist der zweite Sensor durch
einen im Inneren des Melders angeordneten Temperatursensor gebildet.
[0009] Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Melders ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders erst nach einer
Verzögerung erfolgt. Vorzugsweise ist die Verzögerung insbesondere dann wirksam, wenn
eine Erhöhung der Umgebungstemperatur eine Erhöhung der Empfindlichkeit des Melders
bewirken würde.
[0010] Die Verzögerung ist bei Anstieg oder Abfall der Umgebungstemperatur und/oder ober-
und unterhalb eines minimalen Werts der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle
und der Umgebung unterschiedlich. Vorzugsweise weist die Verzögerung eine von Parametern
abhängige Dauer auf, wobei die Parameter durch die Geschwindigkeit der Änderung der
Umgebungstemperatur und/oder durch die absolute Temperatur gebildet sind. Die Verzögerung
kann mit elektronischen Mitteln oder durch Wärmeisolation des zweiten Sensors oder
des von der Umgebungstemperatur beeinflussten Bauteils erfolgen.
[0011] Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Melders ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit der Änderung der Umgebungstemperatur erfolgt.
[0012] Vorzugsweise wird bei Überschreiten eines vorgebbaren ersten Werts der Geschwindigkeit
der Temperaturänderung die Temperaturkompensation von einem ersten auf einen zweiten
Modus und erst nach Unterschreiten eines zweiten Werts der Geschwindigkeit wieder
auf den ersten Modus umgeschaltet. Beispielsweise ist die Temperaturkompensation im
ersten Modus aktiviert und im zweiten Modus deaktiviert.
[0013] Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Melders werden
durch die Verzögerung der Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders kurze lokale
Temperaturschwankungen des Melders oder in dessen unmittelbarer Umgebung die Empfindlichkeit
des Melders nicht beeinflussen, und die Temperaturkompensation wird im wesentlichen
vom Verlauf der Hintergrundtemperatur abhängen.
[0014] Die Berücksichtigung der Geschwindigkeit der Änderung der Umgebungstemperatur gemäss
der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Melders hat den Vorteil,
dass abnormal rasche Temperaturänderungen unterdrückt werden und nicht zu Fehlalarmen
wegen unnötig erhöhter Empfindlichkeit des Melders führen können.
[0015] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen
näher erläutert; es zeigt:
- Fig. 1
- ein Blockschema eines erfindungsgemässen Passiv-Infrarotmelders; und
- Fig. 2
- ein Diagramm zur Funktionserläuterung.
[0016] Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Passiv-Infrarotmelder ist von üblicher Bauart
und enthält insbesondere einen Pyrosensor 1 und eine Auswertestufe 2 zur Auswertung
der Sensorsignale. Der Pyrosensor 1 erzeugt bei einer Änderung der empfangenen Infrarot-Energie
ein Signal, welches in der Auswertestufe 2 zur Alarmfreigabe weiter verarbeitet wird.
Der Aufbau eines solchen Passiv-Infrarotmelders ist bekannt, es wird in diesem Zusammenhang
auf die EP-A-0 361 224, 0 499 177 und 1 093 100 verwiesen.
[0017] Der Pyrosensor 1 ist beispielsweise ein sogenannter Standard-Dualpyrosensor, wie
er in den Passiv-Infrarotmeldern der Siemens Building Technologies AG, früher Cerberus
AG, eingesetzt wird. Derartige Standard-Dualpyrosensoren enthalten zwei wärmeempfindliche
Elemente oder Flakes, deren Abbildungen auf dem Boden oder einer Wand eines Überwachungsraums
die Überwachungsbereiche definieren, von deren Umrandung jeweils ein Strahlenbündel
zum jeweiligen Flake verläuft. Sobald ein eine Wärmestrahlung aussendendes Objekt
ein derartiges Strahlenbündel kreuzt, oder mit anderen Worten, in einen Überwachungsraum
eindringt, detektiert der Sensor 1 die von diesem Objekt ausgesandte Wärmestrahlung.
[0018] Es bestehen zwei Voraussetzungen für die Detektion dieser Wärmestrahlung, einerseits
eine Bewegung des die Wärmestrahlung aussendenden Objekts und andererseits das Vorhandensein
einer Temperaturdifferenz oder eines Temperaturkontrasts zwischen dem genannten Objekt,
welches im folgenden der Einfachheit halber als Eindringling bezeichnet wird, und
dessen Hintergrund. Dies deswegen, weil der Melder auf die charakteristische Änderung
des die empfangene Wärmestrahlung repräsentierenden Signals beim Eindringen des Eindringlings
in den Überwachungsbereich und/oder bei dessen Verlassen anspricht. Und diese Signaländerungen
können selbstverständlich nur dann auftreten, wenn sich der Eindringling bewegt und
wenn er sich ausserdem temperaturmässig vom Hintergrund abhebt. Ein Eindringling wird
also umso sicherer detektiert, je stärker sich seine Temperatur von derjenigen des
Hintergrunds unterscheidet.
[0019] Das Signal des Pyrosensors 1 ist also ein Infrarotsignal, welches die Temperaturdifferenz
zwischen einer Wärmequelle (Eindringling) und dessen Hintergrund repräsentiert. Die
Amplitude des Infrarotsignals ist zu dieser Temperaturdifferenz proportional, wenngleich
das Infrarotsignal streng genommen dem Stefan-Boltzmannschen Gesetz gehorcht, gemäss
dem die Gesamtstrahlung eines schwarzen Körpers über alle Wellenlängen pro cm
2 und Sekunde der 4. Potenz der absoluten Temperatur des Körpers proportional ist.
Unter der Voraussetzung einer annähernd konstanten Körpertemperatur eines Eindringlings,
ist also die Empfindlichkeit oder der Detektionsbereich eines Passiv-Infrarotmelders
weitgehend von der Hintergrundtemperatur abhängig. Je näher diese bei der Körpertemperatur
liegt, desto geringer wird die Empfindlichkeit des Melders.
[0020] Zur Erzielung einer über einen weiten Bereich der Hintergrundtemperatur weitgehend
konstanten Empfindlichkeit des Melders ist dieser mit einem von der Umgebungstemperatur
beeinflussten Bauteil, vorzugsweise einem Temperatursensor 3, und einer Temperaturkompensation
4 ausgerüstet. Die Temperaturkompensation 4 erhält von dem vorzugsweise auf der Platine
des Melders angeordneten Temperatursensor 3 laufend die Umgebungstemperatur T (Fig.
2) und erhöht in einem bestimmten Temperaturbereich von beispielsweise 20° bis 35°
die Detektionsempfindlichkeit. Diese Erhöhung erfolgt entweder durch eine entsprechende
Änderung der Verstärkung des Signals des Pyrosensors 1 oder durch Reduktion der Alarmschwelle
mit der das Infrarotsignal verglichen wird. Im Fall einer Auswertung mit Hilfe von
Fuzzy-Logic (siehe EP-A-0 646 901) würden sinngemäss die Zugehörigkeitsfunktionen
des Signals des Pyrosensors 1 zu den verschiedenen Fuzzy-Sets entsprechend adaptiert.
[0021] Da der Temperatursensor 3 auf der Melderplatine angeordnet ist, misst er streng genommen
nicht die Hintergrundtemperatur sondern die Temperatur des Melders. In den meisten
Fällen hat das keinen Einfluss, weil diese beiden Temperaturen im wesentlichen gleich
sind, es kann aber vorkommen, dass sich der Melder im Vergleich zum Hintergrund infolge
eines Luftzugs zu rasch erwärmt oder abkühlt, was zu eine unangepasst Temperaturkompensation
auslöst. Und diese wiederum kann zu einer Reduktion der Melderrobustheit gegenüber
Störeinflüssen wie beispielsweise Weisslicht oder EMV-Störer, führen.
[0022] Zur Ausschaltung dieser potentiellen Fehlalarmquelle ist vorgesehen, dass die Temperaturkompensation
4 so ausgebildet ist, dass bei Änderung der vom Temperatursensor 3 gemessenen Umgebungstemperatur
keine unmittelbare Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders erfolgt. Zu diesem
Zweck erfolgt die Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders mit einer Verzögerung,
wodurch bewirkt wird, dass sich eine Änderung der Umgebungstemperatur erst nach einer
bestimmten Zeit Δt auf die Melderempfindlichkeit auswirkt.
[0023] Diese Verzögerung erfolgt vor allem in den Fällen, wo aufgrund einer Erhöhung der
Umgebungstemperatur und der davon abgeleiteten Vermutung, dass sich der Temperaturkontrast
zwischen einem Eindringling und dem Hintergrund verkleinert hat, eine automatische
Erhöhung der Empfindlichkeit stattfinden würde. Die Verzögerung kann je nachdem, ob
die vom Temperatursensor 3 gemessene Temperatur steigt oder fällt und/oder wie gross
die Differenz zwischen der Temperatur des Eindringlings und der Hintergrundtemperatur
ist, unterschiedlich sein. Die Verzögerung kann fest vorgegeben sein oder eine von
bestimmten Parametern, wie beispielsweise Geschwindigkeit der Temperaturänderung oder
Höhe der absoluten Temperatur, abhängige Dauer haben.
[0024] Vorzugsweise wird die Verzögerung elektronisch realisiert. Es ist aber auch möglich,
die Verzögerung durch eine Wärmeisolation des Temperatursensors 3 oder des von der
Umgebungstemperatur beeinflussten Bauteils zu verwirklichen.
[0025] Zusätzlich zur Verzögerung oder alternativ zu dieser kann man die Temperaturkompensation
in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Änderung der vom Temperatursensor 3 gemessenen
Umgebungstemperatur steuern, indem man die Temperaturkompensation bei Überschreiten
einer bestimmten Schwelle der genannten Geschwindigkeitsänderung adaptiert und erst
bei Unterschreiten dieser oder einer anderen Schwelle wieder auf den ursprünglichen
Wert schaltet. Adaptieren heisst in diesem Zusammenhang umschalten von einem Modus
mit normaler Temperaturkompensation auf einen anderen Modus mit reduzierter Temperaturkompensation.
Adaptieren kann auch heissen, dass die Temperaturkompensation bei Überschreiten der
genannten Schwelle deaktiviert und erst bei Unterschreiten dieser Schwelle wieder
aktiviert wird.
[0026] In Fig. 2 ist die zuletzt genannte Methode zur Temperaturkompensation anhand eines
Diagramms erläutert. In der Figur ist mit dem Bezugszeichen T die vom Temperatursensor
3 gemessene Umgebungstemperatur und mit der gestrichelt eingezeichneten Kurve TK der
Modus der Temperaturkompensation 4 bezeichnet. Die obere Linie der Kurve TK gibt den
Modus "Temperaturkompensation normal" und die untere Linie den Modus "Temperaturkompensation
reduziert" wieder. Die gestrichelten Pfeile A geben die maximale Steigung der Temperaturänderung
an, unterhalb von der die Temperaturkompensation in ihrem normalen Modus betrieben
wird. Die Pfeile B bezeichnen eine Verzögerung vor dem Umschalten der Temperaturkompensation
auf den Normalmodus.
1. Passiv-Infrarotmelder mit einem ersten Sensor (1) für die Erzeugung eines für die
Temperaturdifferenz zwischen einer Wärmequelle und deren Hintergrund repräsentativen
Infrarotsignals, mit einem von der Umgebungstemperatur des Melders beeinflussten zweiten
Sensor (3), und mit einer Auswerteschaltung (2) zur Verarbeitung des Infrarotsignals,
wobei die Auswerteschaltung eine Temperaturkompensation (4) zur Beeinflussung der
Empfindlichkeit des Melders in Abhängigkeit von der genannten Umgebungstemperatur
aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturkompensation (4) so ausgebildet ist, dass bei Änderung der Umgebungstemperatur
keine unmittelbare Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders erfolgt.
2. Melder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (3) durch einen im Inneren des Melders angeordneten Temperatursensor
gebildet ist.
3. Melder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders erst nach einer Verzögerung erfolgt.
4. Melder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung insbesondere dann wirksam wird, wenn eine Erhöhung der Umgebungstemperatur
eine Erhöhung der Empfindlichkeit des Melders bewirken würde.
5. Melder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung bei Anstieg oder Abfall der Umgebungstemperatur und/oder ober- und
unterhalb eines minimalen Werts der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und
der Umgebung unterschiedlich ist.
6. Melder nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung eine von Parametern abhängige Dauer aufweist, wobei die Parameter
durch die Geschwindigkeit der Änderung der Umgebungstemperatur und/oder durch die
absolute Temperatur gebildet sind.
7. Melder nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung mit elektronischen Mitteln erfolgt.
8. Melder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung durch Wärmeisolation des zweiten Sensors (3) oder des von der Umgebungstemperatur
beeinflussten Bauteils erfolgt.
9. Melder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
der Änderung der Umgebungstemperatur erfolgt.
10. Melder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer vorgebbaren ersten Werts der Geschwindigkeit der Temperaturänderung
die Temperaturkompensation (4) von einem ersten auf einen zweiten Modus und erst nach
Unterschreiten eines zweiten Werts der Geschwindigkeit wieder auf den ersten Modus
umgeschaltet wird.
11. Melder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturkompensation (4) im ersten Modus aktiviert und im zweiten Modus deaktiviert
ist.