[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Detektieren eines Eindringlings,
der eine sich bewegende Wärmequelle darstellt, mittels eines passiven Infrarot-Bewegungsmelders
mit einem Sensorkopf, der mehrere Sensorelemente aufweist, welche jeweils einen keulenförmigen
Bereich erfassen und bei Eintritt der Wärmequelle ein Signal abgeben, und eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens.
[0002] Zum Schutz von Räumen gegen unerlaubtes Eindringen von Personen wird die Tatsache
genutzt, daß der Mensch als Wärmequelle eine höhere Temperatur als seine Umgebung
aufweist. Die dadurch bedingte erhöhte Abstrahlung von langwelligen Infrarotstrahlen
wird durch an sich bekannte Passiv-Infrarot-Detektoren erfaßt. Bei derartigen Überwachungsvorrichtungen
tritt häufig das Problem auf, daß beim Einschalten von Heizungen und Klimaanlagen
oder bei plötzlicher Sonneneinstrahlung oder Luftbewegung ebenfalls Temperaturänderungen
im Gesichtsfeld des Infrarot-Detektors erzeugt werden. Bei der Erfassung von Eindringlingen
mittels passiven Infrarot-Bewegungsmeldern besteht grundsätzlich das Problem, solche
ortsfesten Temperaturänderungen mit großer Sicherheit von einer sich bewegenden Wärmequelle
unterscheiden zu können, wie sie eine in den Erfassungsbereich eindringende Person
darstellt.
[0003] Passive Infrarot-Bewegungsmelder bzw. -sensoren sind an sich bekannt; sie weisen
im allgemeinen Facettenspiegel oder Facettenlinsen auf, um als Bewegungsmelder eingesetzt
werden zu können. Die Facetten-Optik erzeugt im Gesichtsfeld des Sensors mehrere
enge Zonen und bildet diese auf ein für Infrarot-Strahlung empfindliches Differenz-Element
ab.
Durchquert eine Wärmequelle eine der Zonen, so ergibt sich ein typisches Signalmuster,
mit positiven und negativen Signalpul sen, welche zur Auswertung herangezogen werden.
Dennoch haben diese bekannten, im Aufbau sehr unterschiedlich gestalteten Infrarot-Sensoren
gewisse Nachteile. Die Auswertestrategien zur Vermeidung von Falschalarmen beruhen
in der Regel auf der Auswahl von bestimmten Signalmustern zur Alarmauslösung. Dabei
ist es jedoch nicht möglich, eine Aussage über den zurückgelegten Weg der Wärmequelle
zu machen, da entsprechende Signalmuster auch erzeugt werden, wenn die Wärmequelle
nur in ihrer Temperatur schwankt oder auch nur geringfügige Pendelbewegungen macht.
Dies kommt daher, weil die gesamte Wärmebild-Information des Raumes bei diesem Verfahren
auf ein einziges Signal reduziert wird, welches keinen eindeutigen Rückschluß auf
die Situation im Überwachungsbereich mehr zuläßt. Begrenzt man daher zur Vermeidung
von Falschalarmen die Alarmauslösung auf eine kleine Klasse von eng definierten Signalmustern,
so ergeben sich daraus für einen intelligenten Eindringling erfolgreiche Überwindungsstrategien.
[0004] Diese Mehrdeutigkeit eines solches Verfahrens zeigt sich auch darin, daß nicht unterschieden
werden kann, ob ein Objekt wärmer oder kälter als die Umgebung ist, oder ob es von
links nach rechts oder von rechts nach links den Erfassungsbereich durchquert. Ferner
können durch eine übergroße Empfindlichkeit im Nahbereich des Sensors Kleintiere zu
Falschalarmen führen. Ebensowenig ist der Sensor verhältnismäßig unempfindlich bei
radialen Bewegungen.
[0005] Zur Reduzierung von Fehlalarmen wurde bereits in der EP-A-0 107 042 vorgeschlagen,
zwei Sensorelemente vorzusehen. Dabei wird das aktuelle, von einem ersten Sensorelement
erhaltene Signal in einem Korrelator laufend mit Referenzsignalen, die in einem Festwertspeicher
gespeichert sind, und mit dem aktuellen, von einem zweiten, den Nahbereich überwachenden
Sensorelement erhaltenen Signalen verglichen. Der Korrelator gibt ein Ausgangssignal
ab, das der Korrelation der beiden miteinander verglichenen Signale entspricht. Ein
Alarmsignal wird ausgelöst, wenn die Korrelation einen vorbestimmten Wert überschreitet
und die Amplitude die Schwelle erreicht. Der zweite Sensor wird hierbei lediglich
als Referenz verwendet. Eine räumliche Abbildung ist mit dem bekannten Infrarot-Detektor
nicht möglich. Es läßt sich hiermit auch nicht der typische Verlauf einer Meßwertkurve,
die von einem Eindringling verursacht wird, ermitteln.
[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren
und eine Vorrichtung anzugeben, das bzw. die eine genaue räumliche Überwachung des
zu schützenden Bereichs gewährleistet und eine zuverlässige Alarmgabe gestattet, wobei
Fehlalarme und Überlistung weitgehendst ausgeschlossen werden sollen.
[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Verfahrens mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 und bezüglich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
[0008] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der zu schützende Bereich durch zwei winkelselektive
Passiv-Infrarot-Sensorköpfe mit unterschiedlichen Standorten überwacht. Als winkelsensitive
Sensorköpfe können zum Beispiel zwei Pyrodektoren verwendet werden, wie sie aus der
EP-A-0 245 842 bekannt sind. Bei diesem Sensorkopf ist eine PVDF-Folie mit einer
Reihe von Sensorelementen in der Brennebene eines sphärischen bzw. sphärisch-parabolischen
Spiegels angebracht. Durch diese Spiegeloptik wird jedem einzelnen Sensorelement
eine entsprechende Keule im Erfassungsbereich zugewiesen, so daß eine winkelselektive
Detektion einer Infrarot-Strahlenquelle möglich ist.
[0009] Eine solche Wärmequelle wird dabei aus zwei verschiedenen Richtungen angepeilt und
ihr Ort kann durch Triangulation laufend ermittelt werden. Dadurch läßt sich die Bewegungsbahn
der Wärmequelle und somit die Spur des Eindringlings im gemeinsamen Erfassungsbereich
beider Sensorköpfe aufzeichnen und aus dieser Bewegungsbahn bzw. -spur ein verläßliches
Alarmkriterium für einen Bewegungsmelder ableiten. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden Fehlalarme, wie sie beispielsweise durch sich einschaltende Heizkörper, Luftbewegung
oder Sonneneinstrahlung hervorgerufen werden können, nahezu ausgeschlossen. Aufgrund
der räumlichen Auflösung wird in vorteilhafter Weise eindeutig erkannt, ob der Eindringling
im Überwachungsbereich tatsächlich eine gewisse Strecke zurückgelegt hat. Auch eine
radiale Bewegung, d.h. eine Bewegung direkt auf einen der Sensorköpfe zu, wird eindeutig
erkannt, so wie ein nicht zu detektierendes Kleintier, welches in unmittelbarer Nähe
eines Sensors ist, als Nichteindringling erkannt wird und nicht zu einer Alarmgabe
führt.
[0010] In Abhängigkeit von der Position und der Ausdehnung der Wärmequelle bzw. des Eindringlings
werden in den einzelnen Sensorelementen unterschiedlich hohe Signale erzeugt, die
für jedes Sensorelement getrennt verstärkt und digitalisiert werden. Die so erhaltenen
Signale werden zweckmäßigerweise in einem Mikroprozessor weiterverarbeitet, wobei
durch eine geometrisch richtige Wichtung der einzelnen digitalisierten Signale für
jeden Sensorkopf ein Richtungsvektor zur Wärmequelle berechnet wird. Aus den Schnittpunkten
zweier entsprechender Richtungsvektoren wird fortlaufend die momentane Position der
Wärmequelle ermittelt und hieraus die Spur, die der Eindringling zurücklegt, gebildet.
Dabei wird in vorteilhafter Weise aus der Form und Länge der Spur ein Alarmkriterium
abgeleitet und ein Alarmsignal abgegeben.
[0011] In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darüber hinaus die Bewegungsrichtung
bzw. Position des Eindringlings als zusätzliche Information angezeigt werden.
[0012] Bezüglich der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßens Verfahrens wird
die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
[0013] Die Erfindung wird anhand der Zeichnung im folgenden erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 einen konventionellen PID-Detektor mit Facettenoptik,
Fig. 2 einen bekannten IR-Sensor mit PVDF-Folie,
Fig. 3 prinzipielle Anordnung von zwei IR-Sensoren für das erfindungsgemäße Verfahren
und
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines möglichen Ausführungsbeispiels.
[0014] In Fig. 1 ist ein konventioneller Facetten-Melder als Schriftzeichnung in Draufsicht
gezeigt. Ein derartiger Melder ist z.B. aus der DE-OS 2 103 909 bekannt.
[0015] In Fig. 2 ist schematisch ein neuartiger Infrarot-Sensor dargestellt, der als winkelselektiver
passiver Sensorkopf SK ausgebildet ist, wobei eine optische Anordnung verwendet wird,
bei der ein Array von elektrisch und thermisch getrennten Sensorelementen SE in der
Brennebene eines Kugelspiegels KS liegt, wie er aus der bereits oben erwähnten europäischen
Patentanmeldung 0 245 842 bekannt ist. Jedem Sensorelement SE wird dabei durch die
Spiegeloptik (KS) ein keulenförmiger Erfassungsbereich KB zugewiesen. Die Geometrie
der einzelnen Strahlenkeulen KB wird durch die Brennweite des Kugelspiegels KS und
die Zahl, Form und Größe der selektiven Zonen bestimmt.
[0016] Gemäß Fig. 3 werden zwei derartige Sensorköpfe SK1, SK2 verwendet, die in einem
bestimmten Abstand a, z.B. vier Meter, voneinander entfernt angeordnet sind und den
zu schützenden Bereich EB gemeinsam überwachen. Ein Sensorkopf SK1 weist mindestens
vier Sensorelemente (SE) auf, die vier keulenförmige Überwachungsbereiche KB bilden.
[0017] Tritt eine Wärmequelle, im vorliegenden Fall ein Eindringling EN, in den Erfassungsbereich
EB der Sensorköpfe SK1 und SK2, so treten je nach Position und Ausdehnung der Wärmequelle
unterschiedlich hohe Signale in den einzelnen Sensorelementen SE auf. Nach Digitalisierung
der Signale wird mit einem Rechner durch geometrisch richtige Wichtung der einzelnen
Signale für jeden Sensorkopf SK1, SK2 ein Richtungsvektor RV1, RV2 zur Wärmequelle
EN berechnet. Aus dem Schnittpunkt der beiden Richtungsdetektoren RV1, RV2 ergibt
sich die momentane Position der Wärmequelle EN. Durch die laufende Berechnung dieser
Position wird die Spur des Objekts im Rechner nachgezeichnet und daraus die Alarmauslösung
abgeleitet. Darüberhinaus kann auch auf einem Bildschirm, der dem Rechner und der
Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist, die Bewegungsbahn oder die Position des Eindringlings
grafisch dargestellt oder anderweitig angezeigt werden.
[0018] In Fig. 4 ist schematisch in einem Blockschaltbild eine Ausführungsform zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Jeder Sensorkopf SK1 und SK2 weist hier
beispielsweise vier Sensorelemente SE auf, deren Signale jeweils über einen Verstärker
VER einem Analog-Digital-Wandler AD zugeführt werden. Die digitalisierten Signale
beider Sensorköpfe SK1, SK2 bzw. sämtlicher Sensorelemente SE werden einem Mikrorechner
µR Zugeführt, der die entsprechende Verarbeitung dieser Signale vornimmt. Der Mikrorechner
µR weist ein Bedienfeld BF und eine Anzeigeeinrichtung ANZ auf, über die eine Alarmgabe
angezeigt wird, die als Alarm AL optisch oder akustisch ausgegeben werden kann. Es
kann auch an einem an die Anzeigeeinrichtung ANZ angeschlossenen farbigen Bildschirm
BS die Bewegungsbahn oder Position des Eindringlings dargestellt werden.
[0019] Die Erfindung hat nicht nur den Vorteil, daß ortsfeste Temperaturänderungen zu keinem
Falschalarm führen, sie hat auch noch den Vorteil, daß durch eine bessere Abgrenzung
des Überwachungsbereiches Falschalarme reduziert werden. Ebensowenig können Kleintiere
im Nahbereich des Sensors Fehlalarme auslösen, weil aufgrund der Entfernungsinformation
eine bessere Abschätzung der Intensität der Wärmequelle möglich ist und somit erkannt
werden kann, ob es sich um einen tatsächlichen Eindringling oder um eine Fliege handelt.
1. Verfahren zum Detektieren eines Eindringlings, der eine sich bewegende Wärmequelle
darstellt, mittels eines passiven Infrarot-Bewegungsmelders mit einem Sensorkopf,
der mehrere Sensorelemente aufweist, welche jeweils einen keulenförmigen Bereich
erfassen und bei Eintritt der Wärmequelle ein Signal abgeben,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest zwei Infrarot-Sensorköpfe (SK1, SK2) in einem bestimmten Abstand (a)
zueinander angeordnet und auf einen gemeinsamen Erfassungsbereich (EB) ausgerichtet
sind, und daß aus den abgegebenen Signalen durch Triangulation die Bewegungsbahn der
Wärmequelle ermittelt und hieraus ein Alarmkriterium abgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in Abhängigkeit von der Position und der Ausdehnung der Wärmequelle unterschiedlich
hohen, in den einzelnen Sensorelementen (SE) auftretenden Signale jeweils verstärkt
und digitalisiert werden, daß durch geometrisch richtige Richtung der einzelnen
digitalisierten Signale für jeden Sensorkopf (SK1, SK2) ein Richtungsvektor (RV1,
RV2) zur Wärmequelle (EN) berechnet wird, daß fortlaufend aus den Schnittpunkten zweier
entsprechender Richtungsvektoren (RV1, RV2) die momentane Position der Wärmequelle
(EN) ermittelt wird, daß hieraus die Spur der sich bewegenden Wärmequelle gebildet
wird, und daß aus der Form und Länge der Spur ein Alarmkriterium abgeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß neben der Ableitung eines Alarmkriteriums die Bewegungsrichtung bzw. die Position
des Eindringlings als zusätzliche Information angegeben wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zwei Sensorköpfe (SK1, SK2) von zwei Sensor-Arrays aus PVDF-Folie mit jeweils
mindestens vier Sensorelementen (SE) gebildet sind, deren jeweilige Signale einem
Verstärker (VER) und einem nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler (A/D) zugeführt
werden, daß dem Analog-Digital-Wandler (A/D) ein Mikrorechner (µR) nachgeschaltet
ist, in dem die einzelnen Signale verarbeitet und ausgegeben werden, und daß dem
Mikrorechner (µR) eine Anzeigeeinrichtung (ANZ) für die Alarmgabe (AL) und -darstellung
zugeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anzeigeeinrichtung (ANZ) ein Bildschirm (BS) zugeordnet ist, auf dem die Bewegungsbahn
(Spur) oder die Position des Eindringlings anzeigbar ist.