(19)
(11) EP 0 402 829 A2

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
19.12.1990  Patentblatt  1990/51

(21) Anmeldenummer: 90111007.2

(22) Anmeldetag:  11.06.1990
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)5G08B 13/193
(84) Benannte Vertragsstaaten:
AT BE CH DE ES FR GB GR IT LI LU NL SE

(30) Priorität: 14.06.1989 DE 3919488

(71) Anmelder: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
D-80333 München (DE)

(72) Erfinder:
  • Hering, Bernhard, Dr.
    D-8000 München 71 (DE)
  • Kraus, Konrad
    D8011 Grasbrunn 1 (DE)
  • Schermann, Harald, Dipl.-Ing.
    D-8081 Hörbach (DE)
  • Schreyer, Karlheinz, Dipl.-Ing. (FH)
    D-8190 Wolfratshausen (DE)


(56) Entgegenhaltungen: : 
   
       


    (54) Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren eines Eindringlings mittels eines passiven Infrarot-Bewegungsmelders


    (57) Ein Sensorkopf (SK) weist mehrere Sensorelemente auf, welche jeweils einen keulenförmigen Bereich (KB) erfassen und bei Eintritt der Wärmequelle (EN) ein Signal abgeben. Es sind zumindest zwei Infrarot-Sensorköpfe (SK1, SK2) in einem bestimmten Abstand (a) zueinander angeordnet und auf einen gemeinsamen Erfassungsbereich (EB) ausgerichtet. Aus den abgegebenen Signalen wird durch Triangulation die Bewegungsbahn der Wärmequelle (EN) ermittelt und hieraus ein Alarmkriterium abgeleitet. Dabei werden die in Abhängigkeit von der Position und der Ausdehnung der Wärmequelle (EN) unterschiedlich hohen, in den einzelnen Sensorelementen auftretenden Signale jeweils verstärkt und digitalisiert. Durch geometrisch richtige Richtung der einzelnen digitalisierten Signale wird für jeden Sensorkopf (SK1, SK2) ein Richtungsvektor zur Wärmequelle (EN) berechnet und fortlaufend aus den Schnittpunkten zweier entsprechender Richtungsvektoren die momentane Position der Wärmequelle ermittelt. Hieraus wird die Spur der sich bewegenden Wärmequelle gebildet und aus der Form und Länge der Spur ein Alarmkriterium abgeleitet.




    Beschreibung


    [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.


    Ansprüche

    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.
     




    Zeichnung