[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Richtungserkennung in Durchgängen mit
einem Gehäuse, einem ersten PIR-Sensor und einem zweiten PIR-in dem Gehäuse und mit
jeweils einem für infrarote Strahlung durchlässiges Sichtfenster im Detektionsbereich
vor einem PIR-Sensor.
[0002] Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung der Durchgangsrichtung
von Personen in Durchgängen.
[0003] Aus
DE 10 2006 019 941 A1 ist eine Vorrichtung zum Nachweis von Personen, Tieren oder Gegenständen bekannt.
Die Vorrichtung umfasst mindestens ein PIR-Sensor und eine Optikbaugruppe, die einfallende
infrarote Strahlung auf den PIR-Sensor lenkt. Das empfangene Signal der PIR-Sensoren
wird an eine Auswerteeinheit weitergeleitet, dort verstärkt, ausgewertet und das Ergebnis
an einem Ausgang zur Verfügung gestellt. In der Umgebung des PIR-Sensors ist mindestens
eine Thermoquelle vorhanden, die zur Überprüfung des PIR-Sensors dient. Ein aktiver
Intensitätstaster prüft, ob der Sichtbereich des PIR-Sensors frei ist.
[0004] In
DE 40 01 219 C1 ist eine Überwachungsvorrichtung für einen Personenkorridor beschrieben, bei der
ein PIR-Sensor in Durchgangsrichtung an der Decke zwischen zwei Lichttastern angeordnet
sind. Über die zeitlich versetzten Signale der Lichttaster kann so auf die Durchgangsrichtung
einer Person geschlossen werden. Das Signal des PIR-Sensors lässt darauf schließen,
ob es sich dabei um eine oder mehrere Personen handelt.
[0005] Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung
zu schaffen, bei der die Richtungserkennung in Durchgängen bei einer kompakten Bauweise
verbessert wird.
[0006] Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie mit
einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10, gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen beschrieben.
[0007] Es wird vorgeschlagen, dass jeweils zwischen einem PIR-Sensor und seinem Sichtfenster
eine Erfassungszone zur Reduzierung des Erfassungsbereiches vorhanden ist. Die Erfassungszone
dient zur Begrenzung des Erfassungsbereiches des Sensors und wird durch den Abstand
zwischen dem PIR-Sensor und seinem Sichtfenster festgelegt. Der Erfassungsbereich
ist der Bereich außerhalb der Vorrichtung, in dem IR-Strahlung von den PIR-Sensoren
detektiert werden kann. Dabei hat jeder PIR-Sensor einen Erfassungsbereich, der durch
die jeweilige Erfassungszone begrenzt wird.
[0008] Unter einem PIR-Sensor im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jede Art von Sensor
verstanden, der Infrarotstrahlung, d.h. Wärmestrahlung erfasst. Solche PIR-Sensoren
sind beispielsweise zur passiven Infrarot-Detektion über den pyroelektrischen Effekt
oder über den thermoelektrischen Effekt, der auch als umgekehrter Seebeck-Effekt (Thermopile
/ Thermosäule) oder umgekehrter Peltier-Effekt bekannt ist, ausgebildet.
[0009] Durch die Erfassungszone wird der Erfassungsbereich des PIR-Sensors derartig reduziert,
dass infrarote-Strahlung (IR-Strahlung), die von Lebewesen in Form von Wärmestrahlung
abgestrahlt wird, außerhalb einer Idealachse von 90 Grad (bei einem Winkelmaß von
360 Grad) zur Sensoroberfläche ausgeblendet wird.
[0010] Der gezielt eingeschränkte Erfassungsbereich der PIR-Sensoren zur Detektion von IR-Strahlung
ermöglicht es, IR-Strahlung mit Hilfe von mindestens zwei PIR-Sensoren zeitversetzt
und bei kompakter Bauweise zu detektieren. Trifft IR-Strahlung auf die sensitive Fläche
eines PIR-Sensors, heizt sich diese auf und impliziert eine elektrische Spannung.
Über die zeitversetzten Spannungssignale der PIR-Sensoren, kann auf die Durchgangsrichtung
von Personen in Durchgängen, wie zum Beispiel Türdurchgänge, Treppenaufgänge oder
Korridoren, geschlossen werden. Die Erfassungszone sorgt für einen Abstand zwischen
PIR-Sensor und dem zugehörigen Sichtfenster. Ein vergrößerter Abstand begünstigt ein
Ausblenden der IR-Strahlung außerhalb der Idealachse von 90 Grad zur Sensoroberfläche.
[0011] Denkbar wäre auch, dass die Vorrichtung in Abhängigkeit der von den PIR-Sensoren
erfassten Sensorsignale zusätzliche Informationen wie zum Beispiel die Anzahl der
Personen, die einen Durchgang passiert haben, bereitstellen können.
[0012] Die Ausblendung von IR-Strahlung außerhalb der Idealachse von 90 Grad zur Sensoroberfläche
ermöglicht eine kompakte Anordnung des ersten PIR-Sensors und des zweiten PIR-Sensors
zueinander, sodass sich die Erfassungsbereiche der PIR-Sensoren nicht oder nur teilweise
überschneiden und somit eine zeitversetzte Erfassung der IR-Strahlung ermöglichen.
Auf die Weise kann eine derartige Vorrichtung in schmalen Durchgängen, wie zum Beispiel
einer Tür, auf einfache Weise montiert werden. Die Montage der Vorrichtung kann dabei
über ein Befestigungsmittel, wie zum Beispiel Kleber, erfolgen. Denkbar wäre aber
auch eine Montage über eine Schraubverbindung oder ähnliches.
[0013] Für infrarote Wellen transparente Sichtfenster können eine baulich bedingte Dämpfung
aufweisen. Die Anordnung der PIR-Sensoren und die Größe (insbesondere Länge und Breite)
der Erfassungszone sollten dann so aufeinander abgestimmt sein, dass die minimale
Empfindlichkeit der sensitiven Fläche der PIR-Sensoren bei Einfall von IR-Strahlung
überschritten wird.
[0014] In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste PIR-Sensor von dem zweiten PIR-Sensor
in horizontaler Richtung, d.h. in der Durchgangsrichtung bei der zur Durchgangserkennung
vorgegebenen Einbaulage, beabstandet. So kann durch einfache Bauweise auf die Durchgangsrichtung
von Personen in Durchgängen geschlossen werden, da die PIR-Sensoren je nach Durchgangsrichtung
die IR-Strahlung zeitlich nacheinander erfassen, da die jeweiligen Erfassungsbereiche
durch die Beabstandung der PIR-Sensoren und die Begrenzung der Erfassungsbereiche
durch die jeweilige Erfassungszone sich nicht oder nur teilweise überschneiden.
[0015] Möglich ist auch eine Anordnung der PIR-Sensoren, bei der diese in vertikaler Richtung
beabstandet sind. Die zeitversetzte Erfassung der IR-Strahlung kann dann über eine
Drehung der PIR-Sensoren um deren vertikaler Achse realisiert werden, sodass die Erfassungsbereiche
der PIR-Sensoren sich nicht oder nur teilweise überlappen, aber sich dennoch innerhalb
des Durchgangs befinden.
[0016] Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Erfassungszone mit Konturen des Gehäuses, wie
bspw. als schlitzförmiger Tunnel, eingerichtet ist. Dies ermöglicht eine baulich bedingte
Erfassungszone, die durch einfache Mittel kostengünstig herzustellen ist. Durch solche
Konturen kann erreicht werden, dass überwiegend IR-Strahlung in einem Winkel von 90
Grad zur Sensoroberfläche auf den PIR-Sensor trifft. Hierdurch wird das Risiko einer
unerwünschten Detektion der PIR-Sensoren reduziert. Des Weiteren kann die Erfassungszone
durch eine bauliche Begrenzung derart optimiert werden, dass der Erfassungsbereich
vorteilhaft eingeschränkt oder erweitert ist.
[0017] Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Erfassungsbereich des ersten PIR-Sensor und/oder
des zweiten PIR-Sensors durch die Erfassungszonen derartig begrenzt ist, dass der
Erfassungsbereich in horizontaler Richtung in der zur Durchgangserkennung vorgegebenen
Einbaulage eingeschränkt ist. Durch die Einschränkung in horizontaler Richtung können
die PIR-Sensoren in unmittelbare Nähe zueinander angeordnet werden können, sodass
sich die Erfassungszonen der PIR-Sensoren nur teilweise oder gar nicht überschneiden.
So kann die Wahrscheinlichkeit einer unerwünschten Detektion eines PIR-Sensors zu
einem falschen Zeitpunkt reduziert werden, zum Beispiel wenn in Durchgangsrichtung
der zweite PIR-Sensor vor dem ersten PIR-Sensor auslöst.
[0018] Die Einschränkung des horizontalen Erfassungsbereiches minimiert weiterhin den Störeinfluss
von IR-Strahlung, der durch Personen entsteht, die sich außerhalb des Durchgangs befinden.
Damit werden Personen erst innerhalb des Durchganges erfasst und nicht schon vor den
Durchgängen detektiert. Idealerweise ist der Erfassungsbereich horizontal durch die
Erfassungszone derartig begrenzt, dass dieser über die Zarge des Durchgangs nicht
hinausgeht.
[0019] Weiter vorteilhaft ist es, wenn der Erfassungsbereich des ersten und/oder des zweiten
PIR-Sensors durch die Erfassungszone derartig begrenzt ist, dass der Erfassungsbereich
in vertikaler Richtung in der zur Durchgangserkennung vorgesehenen Einbaulage nach
oben erweitert ist. Das bedeutet, dass einfallende IR-Strahlung oberhalb des PIR-Sensors
ausreichend erfasst werden können. Auf diese Weise wird erreicht, dass IR-Strahlung,
die überwiegend von freiliegenden Körperteilen, wie zum Beispiel dem Kopfbereich,
Hals, Hände und Arme, abgestrahlt werden, auch von den PIR-Sensoren erfasst wird.
Die Erfassung von IR-Strahlung aus diesem Bereich erhöht die Detektionswahrscheinlichkeit
und verringert so das Risiko, Personen nicht zu detektieren, da die Aussendung von
IR-Strahlung in der Regel durch Kleidung und Ähnlichem begrenzt ist.
[0020] Weiter vorteilhaft ist es, wenn der Erfassungsbereich des ersten und/oder des zweiten
PIR-Sensors durch die Erfassungszone derartig begrenzt ist, dass der Erfassungsbereich
in vertikaler Richtung nach unten eingeschränkt ist. Auf diese Weise wird die IR-Strahlung,
die von kleineren Lebewesen ausgesendet wird, nicht von den PIR-Sensoren erfasst.
Die Begrenzung des Erfassungsbereiches nach unten ermöglicht die Ausblendung von kleineren
Lebewesen wie es zum Beispiel bei Haustieren der Fall wäre. Es wird dem Nutzer in
der Montagehöhe der Vorrichtung ein gewisser Freiheitsgrad eingeräumt So kann die
Vorrichtung individuell nach Anwendungsfall auf einfache Weise eingerichtet werden.
[0021] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung hat das Gehäuse eine thermische Isolation.
PIR-Sensoren arbeiten mit der Umgebungstemperatur als Referenz bei der Erfassung der
Objekttemperatur bzw. der ausgesendeten IR-Strahlung. Die thermische Isolation ermöglicht
es äußere thermische Einflüsse, wie zum Beispiel Luftbewegungen in Wohnräumen (Zugluft,
Lüftungsvorgänge, Ventilatoren, vorbeilaufende Personen), zu reduzieren oder komplett
auszublenden.
[0022] Es ist vorteilhaft, wenn das Gehäuse, insbesondere der schlitzförmige Tunnel des
Gehäuses, zur Begrenzung des Erfassungsbereiches ein IR-absorbierendes Material aufweist.
Dies kann zum Beispiel über eine schwarze Oberfläche realisiert werden. Eine IR-absorbierende
Oberfläche des schlitzförmigen Tunnels ermöglicht eine Reduzierung der Reflektion
von seitlich einfallenden IR-Strahlen innerhalb des Gehäuses und somit eine Detektion
von IR-Strahlung außerhalb der Idealachse von 90 Grad zur Sensoroberfläche. Diese
Weiterbildung reduziert die Wahrscheinlichkeit einer unerwünschten Erfassung außerhalb
des jeweiligen Durchgangs.
[0023] Es ist vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine drahtlose Kommunikationseinheit, insbesondere
eine uni- oder bidirektionale Funkkommunikationseinheit, hat. Dies ermöglicht eine
drahtlose Kommunikation der Sensorsignale der PIR-Sensoren oder der mit der Vorrichtung
hieraus abgeleiteten Durchgangsdaten zu einem unabhängigen Gerät, zum Beispiel einem
Host. Die Auswertung der Signale kann so auf einfache Weise erfolgen und ermöglicht
es live Daten einzusehen. Eine aufwendige Verkabelung der Vorrichtung mit einer Zentraleinheit
ist dann nicht erforderlich.
[0024] Bei einem Verfahren zur Bestimmung der Durchgangsrichtung von Personen in Durchgängen
kann die Vorrichtung verwendet werden, um die von Personen ausgesandte Wärmestrahlung
in Form von IR-Strahlung mit wenigstens einem ersten PIR-Sensor und wenigstens einem
zweiten PIR-Sensor zu erfassen, wobei die Erfassung der PIR-Sensoren zeitversetzt
erfolgt. Die unterschiedliche Detektionszeit der PIR-Sensoren ist ein Maß für die
Durchgangsrichtung einer Person in einem Durchgang.
[0025] Es ist vorteilhaft, wenn eine Weiterleitung des erfassten Signals der PIR-Sensoren
mittels einer drahtlosen Verbindung, insbesondere einer Funkverbindung, an ein unabhängiges
Gerät, zum Beispiel einem Host, zur Weiterverarbeitung gesendet wird. Auf diese Weise
kann der Aufwand für eine netzbetriebene Anwendung minimiert werden.
[0026] Die Vorrichtung kann auch mehr als zwei PIR-Sensoren haben. Insofern ist der unbestimmte
Begriff "ein" im Sinne von "mindestens ein" zu verstehen und nicht als Zahlwort.
[0027] Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft mit den beigefügten Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- - eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Richtungserkennung in einer Explosionsansicht;
- Figur 2
- - ein Ausschnitt der Vorrichtung mit einem PIR-Sensor als Prinzipzeichnung in Seitenansicht;
- Figur 3
- - eine Prinzipzeichnung eines Erfassungsbereiches eines Ausschnittes der Vorrichtung
gemäß der Figur 2 für einen PIR-Sensor;
- Figur 4
- - ein Anwendungsbeispiel einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Figur 1 in einem
Durchgang.
[0028] In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
[0029] Die in der Figur 1 dargestellte Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das einen
ersten PIR-Sensor 3 und einen zweiten PIR-Sensor 4 enthält. Sowohl dem ersten PIR-Sensor
3 als auch dem zweiten PIR-Sensor 4 ist jeweils ein für infrarote Strahlung durchlässiges
Sichtfenster 5 zugeordnet, das von dem jeweiligen PIR-Sensor 3, 4 beabstandet ist.
Zwischen dem PIR-Sensor 3, 4 und dem zugehörigen Sichtfenster 5 hat das Gehäuse 2
einen schlitzförmigen Tunnel 6. Trifft nun von Lebewesen ausgesendete IR-Strahlung
(Wärmestrahlung) auf einen der PIR-Sensoren 3, 4, dann erwärmt sich die Oberfläche
der PIR-Sensoren 3, 4 und bewirkt dadurch eine Spannung. Aufgrund der Beabstandung
der PIR-Sensoren 3, 4 in horizontaler Richtung, in Einbaulage zur Durchgangserkennung
gesehen, erfassen die PIR-Sensoren ausgesendete IR-Strahlung zeitlich nacheinander.
Durch die zeitversetzten Spannungen kann abhängig davon, welcher der PIR-Sensoren
3, 4 zuerst die IR-Strahlung erfasst, auf die Durchgangsrichtung einer Person oder
eines Lebewesens geschlossen werden.
[0030] Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt der Vorrichtung 1 mit einem PIR-Sensor 3, 4 in
einer Prinzipzeichnung in einer Seitenansicht. Die Erfassungszone 7 ist durch einen
integral mit dem Gehäuse 2 ausgebildeten schlitzförmigen Tunnel 6 ausgebildet. Der
schlitzförmige Tunnel 6 bewirkt, dass IR-Strahlung außerhalb einer Idealachse von
90 Grad zur jeweiligen PIR-Sensoroberfläche weitestgehend ausgeblendet wird. Durch
das Sichtfenster 5 einfallende IR-Strahlung wird durch den schlitzförmigen Tunnel
6 derartig begrenzt, dass die IR-Strahlung im Wesentlichen in einem 90° Winkel auf
die sensitive Fläche 9 des PIR-Sensors 3, 4 trifft. Unter "im Wesentlichen" wird eine
Toleranzabweichung von +/- 10° bis hin zu +/- 20° verstanden. Der PIR-Sensor 3, 4
ist dabei zur Weiterverarbeitung des Signals auf einer Platine 10 angeordnet. Damit
wird der Sichtwinkel (Detektionswinkel) des Erfassungsbereiches 8 begrenzt.
[0031] Figur 3 zeigt eine Vorrichtung, die vergleichbar zu Figur 2 aufgebaut ist. Erkennbar
ist, dass der maximale Erfassungsbereich 8 außerhalb der Vorrichtung 1, der durch
die bauliche Anordnung des schlitzförmigen Tunnels 6 und des PIR-Sensors 3, 4 in einer
Erfassungszone 7 begrenzt wird. Der schlitzförmige Tunnel 6 kann dabei optional so
ausgebildet sein, dass der Erfassungsbereich 8 in horizontaler Richtung eingeschränkt
(nicht in dieser Ansicht zu erkennen) und in vertikaler Richtung nach oben erweitert
und nach unten eingeschränkt ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass Personen
nicht außerhalb des Durchgangs von einem PIR-Sensor 3, 4 erfasst werden, aber innerhalb
des Durchgangs die Detektionswahrscheinlichkeit, insbesondere von IR-Strahlung, die
von dem Kopfbereich einer Person emittiert wird, erhöht wird. Die Beschränkung in
vertikaler Richtung nach unten verringert die unerwünschte Detektion von kleinen Lebewesen
wie zum Beispiel von Haustieren.
[0032] Der Erfassungsbereich 8 kann dabei durch Einstellung eines seitlichen Versatzes des
PIR-Sensors 3, 4 zu dem schlitzförmigen Tunnel 6 festgelegt werden.
[0033] Figur 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß
Figur 1. Dabei wird die Vorrichtung 1 innerhalb eines Durchgangs auf einer bestimmten
Höhe montiert, die individuell an die Bedürfnisse des Nutzers angepasst werden kann.
Der Erfassungsbereich 8 zur Detektion von Personen ist in vertikaler Richtung nach
oben erweitert, damit möglichst viel IR-Strahlung von den PIR-Sensoren 3, 4 erfasst
werden kann, und nach unten eingeschränkt, um eine Detektion von kleinen Lebewesen
wie zum Beispiel Haustieren auszuschließen. Der Erfassungsbereich in horizontaler
Richtung ist derartig eingeschränkt, dass die Erfassungsbereiche 8 des ersten PIR-Sensors
3 und des zweiten PIR-Sensors 4 sich nicht oder nur teilweise überschneiden und möglichst
auch nicht über die Zarge des Durchgangs hinausgehen. Passiert ein Lebewesen den Durchgang
und dabei den Erfassungsbereich 8 der PIR-Sensoren 3, 4, werden die PIR-Sensoren 3,
4 die emittierende IR-Strahlung des Lebewesens nacheinander zeitlich erfassen, wobei
anhand des Zeitversatzes der Detektion auf die Durchgangsrichtung des Lebewesens geschlossen
werden kann. Zudem kann aus der Anzahl von Durchgangsereignissen eine Durchgangszählung
erfolgen. Die Vorrichtung kann auch als Sensor einer Alarmanlage genutzt werden, um
ein unbefugtes Betreten eines hinter dem Durchgang liegenden Gebäudeabschnitts oder
Bereiches zu erkennen.
1. Vorrichtung (1) zur Richtungserkennung in Durchgängen mit einem Gehäuse (2), einem
ersten PIR-Sensor (3) und einem zweiten PIR-Sensor (4) in dem Gehäuse (2) und mit
jeweils einem für infrarote Strahlung durchlässigen Sichtfenster (5) vor den PIR-Sensoren
(3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) jeweils zwischen einem der PIR-Sensoren (3, 4) und dem Sichtfenster
(5) des PIR-Sensors (3, 4) eine Erfassungszone (7) zur Reduzierung des Erfassungsbereiches
(8) hat.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar von PIR-Sensoren (3, 4) voneinander in Durchgangsrichtung beabstandet ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungszone (7) ein schlitzförmiger Tunnel (6) im Gehäuse (2) ist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich (8) des ersten PIR-Sensors (3) und/oder des zweiten PIR-Sensors
(4) durch die Erfassungszone (7) in Durchgangsrichtung eingeschränkt ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich (8) des ersten PIR-Sensors (3) und/oder des zweiten PIR-Sensors
(4) durch die Erfassungszone (7) in vertikaler Richtung nach oben erweitert ist.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich (8) des ersten PIR-Sensors (3) und/oder des zweiten PIR-Sensors
(4) durch die Erfassungszone (7) in vertikaler Richtung nach unten eingeschränkt ist.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine thermische Isolation hat.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) ein Infrarot-absorbierendes Material aufweist.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Kommunikationseinheit zur drahtlosen Datenkommunikation
hat.
10. Verfahren zur Bestimmung der Durchgangsrichtung von Personen in Durchgängen mit einer
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Person ausgesandte IR-Strahlung von wenigstens einem ersten PIR-Sensor
(3) und von einem zweiten PIR-Sensor (3) zeitversetzt detektiert werden, wobei mit
der unterschiedlichen Detektionszeit die Durchgangsrichtung einer Person bestimmt
wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der Durchgangsrichtung mittels einer drahtlosen Kommunikationseinheit
an ein unabhängiges Gerät zur Weiterverarbeitung drahtlos weitergeleitet wird.