EP0724245A1 - Passive infra-red detector evaluating the spectrum of heat radiation emitted by an object - Google Patents

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EP0724245A1
EP0724245A1 EP96100813A EP96100813A EP0724245A1 EP 0724245 A1 EP0724245 A1 EP 0724245A1 EP 96100813 A EP96100813 A EP 96100813A EP 96100813 A EP96100813 A EP 96100813A EP 0724245 A1 EP0724245 A1 EP 0724245A1
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EP
European Patent Office
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infrared detector
passive infrared
detector according
radiation
signals
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EP96100813A
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German (de)
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Günter Prof. Dr. Hofmann
Manfred Dr. Zimmerhackl
Volkmar Dr. Norkus
Jens-Olaf Lang
Rainer Dr. Rosch
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ABB Patent GmbH
Original Assignee
ABB Patent GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/18—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • G08B13/189—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems
    • G08B13/19—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using infrared-radiation detection systems

Definitions

  • the invention relates to a passive infrared detector according to the preamble of claim 1.
  • Passive infrared detectors are generally used to monitor a room area and to detect a person entering as a heat source. Depending on the type of task, the notification of such a heat source can be limited to switching on the lighting of a room or can trigger an alarm.
  • Usual passive infrared detectors do not allow a differentiated spectral assessment of a heat source, but lead to a message as soon as the heat source reaches a minimum level, regardless of whether it is an intruder, the outbreak of a fire or a strong headlight Thermal radiation reached. Should a warning message be limited to this, e.g. B. only to register intruders, it is very annoying if a strong headlight succeeds in triggering an alarm.
  • a passive infrared detector that can distinguish the heat emission of an intruder from that of a strong headlight would therefore be a great advantage.
  • the object of the invention is therefore to improve a passive infrared detector according to the preamble of claim 1 to the effect that it is possible to simultaneously differentiate between radiation objects of different types spectrally and thus to reduce the false alarm rate on the one hand and on the other hand to create an expanded functional range .
  • Sources of interference such as Headlights can be distinguished from an unwanted intruder quite precisely, so that the number of false alarms is inevitably reduced.
  • the type of alarm can also provide information as to whether a fire has broken out or an unwanted intruder has entered the monitored room.
  • the evaluation circuit has a memory in which basic patterns of the emission characteristics of different types of radiation objects to be distinguished are stored. As a rule, it is sufficient to record the individual spectral channels with their voltage amplitudes. It is advantageous to store an average value of the voltage amplitude in each spectral channel.
  • the basic pattern to be determined depends on which discrete wavelength ranges the multispectral sensor is able to differentiate in each case.
  • a logic unit serves as the central functional unit of the evaluation circuit, which, for. B. can be constructed as a microprocessor, and which compares the individual wavelength-dependent signals coming from the multispectral sensor with the signal spectra coming from the memory. Identification can take place after the size match between the measured and stored values.
  • the logic unit controls an output unit, which in turn generates a message identifying the identified radiation object, which can be output directly, or is also transmitted remotely by appropriate means.
  • the type of a radiation object is essentially recognizable by the fact that it occurs in certain spectral channels with a relatively higher or lower voltage amplitude than is the case with other radiation objects.
  • the evaluation circuit is therefore provided with an amplitude evaluator, which is used to detect the respective mean value of the voltage amplitudes of the individual spectra.
  • the amplitude evaluator can be connected upstream of the logic unit or can be integrated into it.
  • the base signal can be derived from the remaining signals representing the wavelength ranges used with the aid of a summator, or can be generated directly in the multispectral sensor analogously to the other signals by providing a corresponding broadband channel which can include all others.
  • the logic unit In the case of radiation sources of very different strengths, the logic unit must ensure the correct relationship by using the mean value of the voltage amplitude of the overall frequency range as a base value for the comparison with a corresponding value coming from the memory and taking the amplitude ratio of these two values into account in the overall evaluation.
  • the logic unit is enabled to take into account further criteria for the evaluation to be carried out by it. It is therefore provided that, in addition to the signals of the individual spectral channels, at least one special signal is also provided which feeds the logic unit at least one piece of special information. This can either be such that it facilitates identification of the radiation object or influences the type of its output to the output unit. With such special signals, the time of day, the ambient brightness and others could be taken into account.
  • the multispectral sensor has an aperture that is approximately in the image plane of the focusing optics. It is expedient to construct the multispectral sensor in such a way that the incident total radiation is first spatially and then spectrally broken down and then reaches optoelectric converter elements.
  • suitable divider optics can be arranged in the beam path behind the aperture and at least one selectively acting bandpass element can be arranged between the latter and the transducer elements in each of the partial beam paths formed in this way.
  • the bandpass element must ensure that only a relatively narrow wavelength range can pass. In principle, there are several options here.
  • the reflecting mirrors already required for spatial separation could act selectively with regard to their reflection, or the transducer element could also be constructed in such a way that it only responds to a very specific wavelength range.
  • the transducer element could also be constructed in such a way that it only responds to a very specific wavelength range.
  • an optical filter which is arranged at a suitable point in the beam path between the divider optics and the transducer element.
  • electrical bandpass filters can also be arranged behind the optoelectric converter elements, which only let signals of a certain frequency spectrum pass.
  • a multi-spectral sensor 3 is arranged behind an optical system 1 of a passive infrared detector in the region of the image plane of this optical system 1. From an unspecified Radiation object 9 is emitted thermal radiation 2 and focused by optics 1 onto multispectral sensor 3.
  • the multispectral sensor 3 shows the most important details of a multispectral sensor as described in DE 41 33 481 A1.
  • the multispectral sensor 3 is then arranged in a commercially available TO 8 housing 11.
  • the housing 11 consists of a housing pot 12, on the end face 14 of which a central inlet opening 16 is arranged for the entry of radiation 18 to be measured into the interior of the housing 11.
  • the housing 11 is closed on its side opposite the end face 14 by a housing base 20 and has a broadband infrared-transparent window 15 on the entry side.
  • Pins 22 project vertically downward from the housing base 20.
  • a wiring support 24 is arranged on the housing base 20, on which in turn an approximately cubic cage 26 is mounted.
  • the top of the cage 26 facing the inlet opening 16 of the housing pot 12 is designed as an aperture diaphragm 28 which has a central aperture 30.
  • a pyramid 34 with a square base is arranged on the cage bottom.
  • the lateral surfaces of the pyramid 34 facing the aperture 30 have a high degree of reflection for the total radiation 18 entering through the aperture 30.
  • the total radiation 18 is reflected on the surface of the pyramid 34 in the direction of the side walls of the cage 26, which in turn are formed by infrared bandpass filters 36.
  • These filters 36 each have different transmission areas outside of which they are highly reflective. Therefore, the spectral part of the radiation 18 lying in the transmission range of the filter 36 passes through the filter 36 to a radiation-sensitive element 38, which in the beam path behind the filter 36, i. H. is arranged on the outside of the cage 26.
  • FIG. 3 shows an evaluation circuit 4 to 8 following a schematic illustration of the optical parts, with the aid of which the signals coming from the multispectral sensor 3 are evaluated.
  • signals A1 to A4 are fed to a logic unit 6 via filters 4 and amplitude evaluators 5.
  • the logic unit 6 is connected at the same time to a memory 7 in which spectral basic patterns of the emission characteristics of radiation objects 9 of different types but different from one another are stored. So that the basic patterns are suitable for comparison, they are produced with the aid of a multispectral sensor of the type used and therefore contain an exact image of the spectra which are selected by the multispectral sensor 3.
  • An essential distinguishing criterion is the amplitudes in the different spectral channels, which are detected with the aid of the amplitude evaluators 5.
  • a summer 10 is provided which generates a base signal A0 from the signals A1 to A4, which can serve as a comparison signal.
  • the correlation determined by the logic unit 6 lies between one of the basic patterns stored in the memory 7 and a signal analysis made possible by the multispectral sensor, an identification of the radiation object 9 is accepted and reported to an output unit. This in turn can now directly provide an identifying message, or prepare the message for remote transmission using appropriate aids.

Abstract

The sensor (3) breaks down the incident infrared radiation into four spectral channels for which corresp. wavelength-dependent electrical signals (A1-A4) are produced. These signals are filtered (4) and their amplitudes are evaluated (5) for presentation to a logic unit (6). The spectral fundamental patterns of emission characteristics of a variety of infrared sources are stored in the memory (7). The mean voltage amplitude over the entire wavelength range is used as a basis for comparison. If correspondence to the stored patterns lies within allowed limits, the source is identified and an alarm given.

Description

Die Erfindung betrifft einen Passiv-Infrarot-Melder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a passive infrared detector according to the preamble of claim 1.

Passiv-Infrarot-Melder dienen im allgemeinen dazu, einen Raumbereich zu überwachen und eine hier eindringende Person als Wärmequelle zu erfassen. Die Meldung einer solchen Wärmequelle kann je nach Art der Aufgabe sich auf das Einschalten der Beleuchtung eines Raumes beschränken, oder zu einer Alarmauslösung führen. Übliche Passiv-Infrarot-Melder ermöglichen keine differenzierte spektrale Beurteilung einer Wärmequelle, sondern führen unabhängig davon, ob es sich hierbei um einen Eindringling, um den Ausbruch eines Feuers, oder um einen starken Scheinwerfer handelt, zu einer Meldung, sobald die Wärmequelle einen Mindestpegel an Wärmestrahlung erreicht. Soll sich eine Warnmeldung jedoch darauf beschränken, z. B. ausschließlich Eindringlinge zu registrieren, so ist es sehr störend, wenn es auch einem starken Scheinwerfer gelingt, einen Alarm auszulösen. Ein Passiv-Infrarot-Melder, der die Wärmeemission eines Eindringlings von der eines starken Scheinwerfers zu unterscheiden vermag, wäre deshalb von großem Vorteil.Passive infrared detectors are generally used to monitor a room area and to detect a person entering as a heat source. Depending on the type of task, the notification of such a heat source can be limited to switching on the lighting of a room or can trigger an alarm. Usual passive infrared detectors do not allow a differentiated spectral assessment of a heat source, but lead to a message as soon as the heat source reaches a minimum level, regardless of whether it is an intruder, the outbreak of a fire or a strong headlight Thermal radiation reached. Should a warning message be limited to this, e.g. B. only to register intruders, it is very annoying if a strong headlight succeeds in triggering an alarm. A passive infrared detector that can distinguish the heat emission of an intruder from that of a strong headlight would therefore be a great advantage.

Nun ist es aber nicht nur interessant, einen Menschen von einer Störlichtquelle zu unterscheiden, sondern es gibt eine Reihe von Strahlungsquellen, zu denen insbesondere auch ein ungewollt ausgebrochenes Feuer zählt, die sehr unterschiedliche Reaktionen erfordern und deshalb unterschieden werden sollen. Bisher hat man auf Wärmestrahlung ansprechende Sensoren so aufgebaut, daß sie aus dem gesamten Frequenzbereich nur bestimmte, für ein derartiges Strahlungsobjekt spezifische Wellenlängenbereiche erfassen und auswerten. Diese Technik erfordert jedoch mehrere unterschiedliche Sensoren, um unterschiedliche Strahlungsobjekte, z. B. Personen einerseits und Feuer andererseits zu erfassen.Now it is not only interesting to distinguish a person from an interference light source, there are also a number of radiation sources, in particular an unwanted one Fire counts that require very different reactions and should therefore be differentiated. So far, sensors responsive to thermal radiation have been constructed in such a way that they only detect and evaluate specific wavelength ranges specific to such a radiation object from the entire frequency range. However, this technique requires several different sensors to detect different radiation objects, e.g. B. people on the one hand and fire on the other.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Passiv-Infrarot-Melder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend zu verbessern, daß es gelingt mit einem Gerät Strahlungsobjekte unterschiedlicher Art gleichzeitig spektral zu unterscheiden und damit einerseits die Fehlalarmrate zu vermindern und andererseits einen erweiterten Funktionsbereich zu schaffen.The object of the invention is therefore to improve a passive infrared detector according to the preamble of claim 1 to the effect that it is possible to simultaneously differentiate between radiation objects of different types spectrally and thus to reduce the false alarm rate on the one hand and on the other hand to create an expanded functional range .

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.This object is achieved by the features characterized in claim 1. Appropriate refinements and developments of the subject matter of the invention are mentioned in the subclaims.

Dadurch, daß hinter der Optik eines Passiv-Infrarot-Melders an der Stelle, wo normalerweise ein optoelektrisches Wandlerelement angeordnet ist, nunmehr ein als Multispektralsensor wirkender Infrarotsensor liegt, gelingt es, die auftreffende Wärmestrahlung in mehrere diskrete Wellenlängenbereiche (spektrale Kanäle) zu zerlegen. Jeder dieser spektralen Kanäle ermöglicht die Erzeugung eines speziellen wellenlängenabhängigen elektrischen Signals, das seinerseits einer Bewertungsschaltung zugeführt wird, die in der Lage ist, die verschiedenen wellenlängenabhängigen elektrischen Signale in Abhängigkeit von der spezifischen Emissioncharakteristik der nachzuweisenden Strahlungsobjekte gleichzeitig zu bewerten. Nach der so erfolgten Identifikation ist es dem Passiv-Infrarot-Melder möglich, eine die Art des Strahlungsobjektes identifizierende Meldung abzugeben. Durch Aufspaltung des gesamten Spektrums eines Strahlungsobjektes in mehrere diskrete spektrale Kanäle gelingt eine relativ genaue Analyse zur Bestimmung der Art des Strahlungsobjektes. Störquellen, wie Scheinwerfer, können dadurch recht genau von einem unerwünschten Eindringling unterschieden werden, so daß sich die Zahl der Fehlalarme zwangsläufig vermindert. Aber auch die Art des Alarmes kann darüber Aufschluß geben, ob ggf. ein Feuer ausgebrochen ist, oder ein unerwünschter Eindringling den überwachten Raum betreten hat.The fact that behind the optics of a passive infrared detector at the point where an optoelectric conversion element is normally arranged is now an infrared sensor acting as a multispectral sensor, means that the incident heat radiation can be broken down into several discrete wavelength ranges (spectral channels). Each of these spectral channels enables the generation of a special wavelength-dependent electrical signal, which in turn is fed to an evaluation circuit which is able to simultaneously evaluate the various wavelength-dependent electrical signals depending on the specific emission characteristics of the radiation objects to be detected. After the identification has been carried out in this way, the passive infrared detector is able to issue a message identifying the type of radiation object. By splitting the entire spectrum of a radiation object into several discrete spectral channels, a relatively precise analysis for determining the type of the radiation object is possible. Sources of interference, such as Headlights can be distinguished from an unwanted intruder quite precisely, so that the number of false alarms is inevitably reduced. The type of alarm can also provide information as to whether a fire has broken out or an unwanted intruder has entered the monitored room.

In einer zweckmäßigen Detailgestaltung der Bewertungsschaltung ist vorgesehen, daß diese einen Speicher besitzt, in dem Grundmuster der Emmisionscharakteristik verschieden gearteter, zu unterscheidender Strahlungsobjekte gespeichert sind. In der Regel genügt es, die einzelnen spektralen Kanäle mit deren Spannungsamplituden festzuhalten. Vorteilhaft ist es, in jedem spektralen Kanal einen Mittelwert der Spannungsamplitude abzuspeichern. Das festzuhaltende Grundmuster richtet sich danach, welche diskreten Wellenlängenbereiche der Multispektralsensor jeweils zu unterscheiden in der Lage ist.In an expedient detailed design of the evaluation circuit it is provided that it has a memory in which basic patterns of the emission characteristics of different types of radiation objects to be distinguished are stored. As a rule, it is sufficient to record the individual spectral channels with their voltage amplitudes. It is advantageous to store an average value of the voltage amplitude in each spectral channel. The basic pattern to be determined depends on which discrete wavelength ranges the multispectral sensor is able to differentiate in each case.

Weiterhin ist vorgesehen, daß als zentrale Funktionseinheit der Bewertungsschaltung eine Logikeinheit dient, die z. B. als Mikroprozessor aufgebaut sein kann, und die die einzelnen, vom Multispektralsensor kommenden wellenlängenabhängigen Signale mit den vom Speicher kommenden Signalspektren vergleicht. Eine Identifikation kann nach der Größenübereinstimmung zwischen den Mess- und den Speicherwerten erfolgen.It is further provided that a logic unit serves as the central functional unit of the evaluation circuit, which, for. B. can be constructed as a microprocessor, and which compares the individual wavelength-dependent signals coming from the multispectral sensor with the signal spectra coming from the memory. Identification can take place after the size match between the measured and stored values.

Weiterhin ist vorgesehen, daß die Logikeinheit eine Ausgabeeinheit steuert, die ihrerseits ein das identifizierte Strahlungsobjekt kennzeichnende Meldung erzeugt, wobei diese unmittelbar ausgegeben werden kann, oder auch durch entsprechende Mittel fernübertragen wird.It is further provided that the logic unit controls an output unit, which in turn generates a message identifying the identified radiation object, which can be output directly, or is also transmitted remotely by appropriate means.

Die Art eines Strahlungsobjektes wird im wesentlichen dadurch erkennbar, daß es in bestimmten spektralen Kanälen mit einer relativ höheren oder niedrigeren Spannungsamplitude auftritt als das bei anderen Strahlungsobjekten der Fall ist. Die Bewertungsschaltung ist deshalb mit einem Amplitudenauswerter versehen, der zur Erfassung des jeweiligen Mittelwertes der Spannungsamplituden der einzelnen Spektren dient. Der Amplitudenauswerter kann dabei der Logikeinheit vorgeschaltet, oder in diese integriert werden.The type of a radiation object is essentially recognizable by the fact that it occurs in certain spectral channels with a relatively higher or lower voltage amplitude than is the case with other radiation objects. The evaluation circuit is therefore provided with an amplitude evaluator, which is used to detect the respective mean value of the voltage amplitudes of the individual spectra. The amplitude evaluator can be connected upstream of the logic unit or can be integrated into it.

Damit eine möglichst genaue Amplitudenbewertung erreicht wird, ist es zweckmäßig, neben den durch die einzelnen spektralen Kanäle gebildeten Signalen ein Basissignal vorzusehen, das den gesamten Wellenlängenbereich erfassen kann und das der Logikeinheit als Vergleichgröße zugeführt ist. Hierdurch können Fehler vermieden werden, die anderenfalls durch sehr unterschiedlich starke Strahlungsquellen hervorgerufen werden könnten.In order to achieve the most accurate possible amplitude evaluation, it is expedient to provide a basic signal in addition to the signals formed by the individual spectral channels, which signal can cover the entire wavelength range and which is supplied to the logic unit as a comparison variable. In this way, errors can be avoided which could otherwise be caused by very differently strong radiation sources.

Das Basissignal kann man mit Hilfe eines Summierers aus den übrigen, die genutzten Wellenlängenbereiche repräsentierenden Signalen ableiten oder analog zu den übrigen Signalen bereits unmittelbar im Multispektralsensor erzeugen, in dem man einen entsprechend breitbandigen Kanal, der alle anderen einschließen kann, vorsieht.The base signal can be derived from the remaining signals representing the wavelength ranges used with the aid of a summator, or can be generated directly in the multispectral sensor analogously to the other signals by providing a corresponding broadband channel which can include all others.

Bei sehr unterschiedlich starken Strahlungsquellen muß die Logikeinheit für die richtige Relation sorgen, in dem sie den Mittelwert der Spannungsamplitude des Gesamtfrequenzbereiches als Basiswert für den Vergleich mit einem entsprechenden vom Speicher kommenden Wert benutzt und das Amplitudenverhältnis dieser beiden Werte bei der Gesamtauswertung berücksichtigt.In the case of radiation sources of very different strengths, the logic unit must ensure the correct relationship by using the mean value of the voltage amplitude of the overall frequency range as a base value for the comparison with a corresponding value coming from the memory and taking the amplitude ratio of these two values into account in the overall evaluation.

Bisweilen kann es zweckmäßig sein, wenn es der Logikeinheit ermöglicht wird, noch weitere Kriterien für die von ihr vorzunehmende Auswertung zu berücksichtigen. Es ist deshalb vorgesehen, daß neben den Signalen der einzelnen spektralen Kanäle noch mindestens ein Sondersignal vorgesehen ist, das der Logikeinheit mindestens eine Sonderinformation zuführt. Diese kann entweder so geartet sein, daß sie eine Identifikation des Strahlungsobjektes erleichtert oder die Art ihrer Ausgabe an die Ausgabeeinheit beeinflußt. Mit solchen Sondersignalen könnte die Tageszeit, die Umgebungshelligkeit und anderes berücksichtigt werden.Sometimes it can be useful if the logic unit is enabled to take into account further criteria for the evaluation to be carried out by it. It is therefore provided that, in addition to the signals of the individual spectral channels, at least one special signal is also provided which feeds the logic unit at least one piece of special information. This can either be such that it facilitates identification of the radiation object or influences the type of its output to the output unit. With such special signals, the time of day, the ambient brightness and others could be taken into account.

Bezüglich des konstruktiven Aufbaues des Passiv-Infrarot-Melders ist vorgesehen, daß der Multispektralsensor eine Aperturöffnung besitzt, die annähernd in der Bildebene der fokussierenden Optik liegt. Es ist zweckmäßig, den Multispektralsensor dabei so aufzubauen, daß die einfallende Gesamtstrahlung zunächst räumlich und dann spektral zerlegt wird und danach auf optoelektrische Wandlerelemente gelangt. Zur räumlichen Trennung kann man im Strahlengang hinter der Aperturöffnung eine geeignete Teileroptik anordnen und zwischen dieser und den Wandlerelementen in jedem der so gebildeten Teilstrahlengänge mindestens ein selektiv wirkendes Bandpasselement anordnen. Das Bandpasselement muß dafür sorgen, daß nur ein relativ schmaler Wellennlängenbereich passieren kann. Im Prinzip bieten sich hier mehrere Möglichkeiten an. So könnten die bereits zur räumlichen Trennung benötigten reflektierenden Spiegel bezüglich ihrer Reflektion selektiv wirken oder es könnte auch das Wandlerelement so aufgebaut sein, daß es nur auf einen ganz bestimmten Wellenlängenbereich anspricht. In der Regel wird man jedoch mit einem optischen Filter arbeiten, das an geeigneter Stelle im Strahlenweg zwischen der Teileroptik und dem Wandlerelement angeordnet ist. Zur Erhöhung der Selektivwirkung können auch hinter den optoelektrischen Wandlerelementen elektrische Bandpassfilter angeordnet werden, die nur Signale eines bestimmten Frequenzspektrums passieren lassen.With regard to the construction of the passive infrared detector, it is provided that the multispectral sensor has an aperture that is approximately in the image plane of the focusing optics. It is expedient to construct the multispectral sensor in such a way that the incident total radiation is first spatially and then spectrally broken down and then reaches optoelectric converter elements. For spatial separation, suitable divider optics can be arranged in the beam path behind the aperture and at least one selectively acting bandpass element can be arranged between the latter and the transducer elements in each of the partial beam paths formed in this way. The bandpass element must ensure that only a relatively narrow wavelength range can pass. In principle, there are several options here. For example, the reflecting mirrors already required for spatial separation could act selectively with regard to their reflection, or the transducer element could also be constructed in such a way that it only responds to a very specific wavelength range. As a rule, however, one will work with an optical filter which is arranged at a suitable point in the beam path between the divider optics and the transducer element. To increase the selective effect, electrical bandpass filters can also be arranged behind the optoelectric converter elements, which only let signals of a certain frequency spectrum pass.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1
einen Ausschnitt aus einem Passiv-Infrarot-Melder seitlich im Schnitt,
Fig. 2
einen Multispektralsensor,
Fig. 3
ein Blockschaltbild der zum Passiv-Infrarot-Melder gehörigen elektrischen Schaltung.
Embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below. Show it:
Fig. 1
a section of a passive infrared detector on the side in section,
Fig. 2
a multispectral sensor,
Fig. 3
a block diagram of the electrical circuit belonging to the passive infrared detector.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist hinter einer Optik 1 eines Passiv-Infrarot-Melders ein Multispektralsensor 3 im Bereich der Bildebene dieser Optik 1 angeordnet. Von einem nicht näher definierten Strahlungsobjekt 9 wird eine Wärmestrahlung 2 emittiert und von der Optik 1 auf den Multispektralsensor 3 fokussiert.As can be seen in FIG. 1, a multi-spectral sensor 3 is arranged behind an optical system 1 of a passive infrared detector in the region of the image plane of this optical system 1. From an unspecified Radiation object 9 is emitted thermal radiation 2 and focused by optics 1 onto multispectral sensor 3.

Fig. 2 zeigt die wichtigsten Details eines Multispektralsensors, wie er in der DE 41 33 481 A1 beschrieben ist. Danach ist der Multispektralsensor 3 in einem handelsüblichen TO 8-Gehäuse 11 angeordnet. Das Gehäuse 11 besteht aus einem Gehäusetopf 12, an dessen Stirnseite 14 eine zentrale Eintrittsöffnung 16 für den Eintritt einer zu messenden Strahlung 18 in das Innere des Gehäuses 11 angeordnet ist. Das Gehäuse 11 wird auf seiner der Stirnseite 14 gegenüberliegenden Seite von einem Gehäuseboden 20 abgeschlossen und besitzt auf der Eintrittsseite ein breitbandig infrarotdurchlässiges Fenster 15.2 shows the most important details of a multispectral sensor as described in DE 41 33 481 A1. The multispectral sensor 3 is then arranged in a commercially available TO 8 housing 11. The housing 11 consists of a housing pot 12, on the end face 14 of which a central inlet opening 16 is arranged for the entry of radiation 18 to be measured into the interior of the housing 11. The housing 11 is closed on its side opposite the end face 14 by a housing base 20 and has a broadband infrared-transparent window 15 on the entry side.

Von dem Gehäuseboden 20 stehen Anschlußstifte 22 senkrecht nach unten ab. Auf dem Gehäuseboden 20 ist ein Verdrahtungsträger 24 angeordnet, auf dem wiederum ein in etwa kubischer Käfig 26 montiert ist. Die der Eintrittsöffnung 16 des Gehäusetopfes 12 zugewandte Oberseite des Käfigs 26 ist als Aperturblende 28 ausgebildet, die eine zentrale Apertur 30 aufweist.Pins 22 project vertically downward from the housing base 20. A wiring support 24 is arranged on the housing base 20, on which in turn an approximately cubic cage 26 is mounted. The top of the cage 26 facing the inlet opening 16 of the housing pot 12 is designed as an aperture diaphragm 28 which has a central aperture 30.

Auf dem Käfigboden ist eine Pyramide 34 mit quadratischer Grundfläche angeordnet. Die der Apertur 30 zugewandten Mantelflächen der Pyramide 34 weisen einen hohen Reflektionsgrad für die durch die Apertur 30 eintretende Gesamtstrahlung 18 auf. Die Gesamtstrahlung 18 wird nach dem Durchtritt durch die Apertur 30 an der Oberfläche der Pyramide 34 in Richtung auf die Seitenwände des Käfigs 26 reflektiert, die ihrerseits durch Infrarot-Bandpassfilter 36 gebildet sind. Diese Filter 36 haben jeweils von einander abweichende Transmissionsbereiche außerhalb der sie stark reflektierend sind. Daher gelangt der im Transmissionsbereich des Filters 36 liegende spektrale Teil der Strahlung 18 durch den Filter 36 hindurch auf ein strahlungsempfindliches Element 38, das im Strahlengang hinter dem Filter 36, d. h. an der Außenseite des Käfigs 26 angeordnet ist.A pyramid 34 with a square base is arranged on the cage bottom. The lateral surfaces of the pyramid 34 facing the aperture 30 have a high degree of reflection for the total radiation 18 entering through the aperture 30. After passing through the aperture 30, the total radiation 18 is reflected on the surface of the pyramid 34 in the direction of the side walls of the cage 26, which in turn are formed by infrared bandpass filters 36. These filters 36 each have different transmission areas outside of which they are highly reflective. Therefore, the spectral part of the radiation 18 lying in the transmission range of the filter 36 passes through the filter 36 to a radiation-sensitive element 38, which in the beam path behind the filter 36, i. H. is arranged on the outside of the cage 26.

In Fig. 3 ist im Anschluß an eine schematische Darstellung der optischen Teile eine Bewertungsschaltung 4 bis 8 dargestellt, mit deren Hilfe eine Auswertung der vom Multispektralsensor 3 kommenden Signale erfolgt. Von den Anschlußstiften 22 des Multispektralsensors 3 werden Signale A1 bis A4 über Filter 4 und Amplitudenauswerter 5 einer Logikeinheit 6 zugeführt. Die Logikeinheit 6 ist gleichzeitig mit einem Speicher 7 verbunden, in dem spektrale Grundmuster der Emissionscharakteristik verschieden gearteter, aber voneinander zu unterscheidender Strahlungsobjekte 9 gespeichert sind. Damit die Grundmuster zum Vergleich geeignet sind, werden sie mit Hilfe eines Multispektralsensors der eingesetzten Art hergestellt und enthalten deshalb ein genaues Abbild der Spektren, die vom Multispektralsensor 3 selektiert werden. Ein wesentliches Unterscheidungskriterium sind dabei die Amplituden in den verschiedenen spektralen Kanälen, die mit Hilfe der Amplitudenauswerter 5 erfaßt werden. Um bei unterschiedlich starken Strahlungsobjekten die Relation der vom Multispektralsensor in den verschiedenen Spektren erfaßten Signalstärke zu relativieren, ist ein Summierer 10 vorgesehen, der aus den Signale A1 bis A4 ein Basissignal A0 erzeugt, das als Vergleichssignal dienen kann.3 shows an evaluation circuit 4 to 8 following a schematic illustration of the optical parts, with the aid of which the signals coming from the multispectral sensor 3 are evaluated. From the pins 22 of the multispectral sensor 3, signals A1 to A4 are fed to a logic unit 6 via filters 4 and amplitude evaluators 5. The logic unit 6 is connected at the same time to a memory 7 in which spectral basic patterns of the emission characteristics of radiation objects 9 of different types but different from one another are stored. So that the basic patterns are suitable for comparison, they are produced with the aid of a multispectral sensor of the type used and therefore contain an exact image of the spectra which are selected by the multispectral sensor 3. An essential distinguishing criterion is the amplitudes in the different spectral channels, which are detected with the aid of the amplitude evaluators 5. In order to relativize the relation of the signal strength detected by the multispectral sensor in the different spectra in the case of radiation objects of different strength, a summer 10 is provided which generates a base signal A0 from the signals A1 to A4, which can serve as a comparison signal.

Liegt die von der Logikeinheit 6 ermittelte Übereinstimmung zwischen einem der im Speicher 7 abgelegten Grundmuster und einer über den Multispektralsensor ermöglichten Signalanalyse innerhalb zulässiger Grenzen, so wird eine Identifikation des Strahlungsobjektes 9 angenommen und an eine Ausgabeeinheit gemeldet. Diese kann nun ihrerseits unmittelbar für eine identifizierende Meldung sorgen, oder durch entsprechende Hilfsmittel die Meldung zur Fernübertragung aufbereiten.If the correlation determined by the logic unit 6 lies between one of the basic patterns stored in the memory 7 and a signal analysis made possible by the multispectral sensor, an identification of the radiation object 9 is accepted and reported to an output unit. This in turn can now directly provide an identifying message, or prepare the message for remote transmission using appropriate aids.

Claims (16)

Passiv-Infrarot-Melder mit einer Optik (1), die aus einem Raumbereich einfallende, von einem zu erfassenden Strahlungsobjekt (9) emittierte Wärmestrahlung (2) auf einen Infrarotsensor (3) fokussiert, der ein elektrisches Signal erzeugt, das zu einer Meldung genutzt wird, die das Auftreten eines Strahlungsobjektes (9) in einem überwachten Raum erkennbar macht, dadurch gekennzeichnet, daß als Infrarotsensor (3) ein Multispektralsensor dient, der die auftreffende Wärmestrahlung in mehrere diskrete Wellenlängenbereiche zerlegt und für diese entsprechende wellenlängenabhängige elektische Signale (A1 bis A4) erzeugt, und daß eine Bewertungsschaltung (4 bis 8) die elektischen Signale (A1-A4) in Abhängigkeit von der spezifischen Emissionscharakteristik nachzuweisender Strahlungsobjekte (9) bewertet und eine die Art des Strahlungsobjektes (9) identifizierende Meldung abgibt.Passive infrared detector with an optical system (1) that focuses heat radiation (2) incident from a room area and emitted by a radiation object (9) to be detected onto an infrared sensor (3) that generates an electrical signal that is used for a message , which makes the occurrence of a radiation object (9) recognizable in a monitored room, characterized in that a multispectral sensor serves as the infrared sensor (3), which decomposes the incident heat radiation into several discrete wavelength ranges and for these corresponding wavelength-dependent electrical signals (A1 to A4 ) and that an evaluation circuit (4 to 8) evaluates the electrical signals (A1-A4) as a function of the specific emission characteristics of radiation objects (9) to be detected and emits a message identifying the type of radiation object (9). Passiv-Infrarot-Melder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsschaltung (4 bis 8) einen Speicher (7) besitzt, in dem Grundmuster der Emissionscharakteristik verschieden gearteter, zu unterscheidender Strahlungsobjekte (9) gespeichert sind.Passive infrared detector according to claim 1, characterized in that the evaluation circuit (4 to 8) has a memory (7) in which the basic pattern of the emission characteristics of differently shaped, differentiated radiation objects (9) are stored. Passiv-Infrarot-Melder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmuster die Signale in den einzelnen spektralen Kanälen und jeweils einen Mittelwert von deren Spannungsamplituden definiert und die Festlegung des Grundmusters entspechend den vom Multispektralsensor (3) selektierbaren Wellenlängenspektren erfolgt.Passive infrared detector according to Claim 2, characterized in that the basic pattern defines the signals in the individual spectral channels and in each case an average of their voltage amplitudes, and the basic pattern is determined in accordance with the wavelength spectra selectable by the multispectral sensor (3). Passiv-Infrarot-Melder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsschaltung eine Logikeinheit (6) besitzt, die die einzelnen vom Multispektralsensor (3) kommenden Signalspektren mit den vom Speicher (7) kommenden Signalspektren vergleicht und das Strahlungsobjekt (9) mit der größten Übereinstimmung zwischen den Meß- und Speicherwerten ermittelt.Passive infrared detector according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation circuit has a logic unit (6) which compares the individual signal spectra coming from the multispectral sensor (3) with the signal spectra coming from the memory (7) and the radiation object (9) determined with the greatest agreement between the measured and stored values. Passiv-Infrarot-Melder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikeinheit (6) eine Ausgabeeinheit (8) so steuert, daß diese eine das identifizierte Strahlungsobjekt (9) kennzeichnende Meldung erzeugt und diese unmittelbar oder über eine Fernübertragung ausgibt.Passive infrared detector according to Claim 4, characterized in that the logic unit (6) controls an output unit (8) in such a way that it generates a message which identifies the identified radiation object (9) and outputs it directly or via a remote transmission. Passiv-Infrarot-Melder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsschaltung (4-8) Amplitudenauswerter besitzt, die in die Logikeinheit (6) integriert oder dieser vorgeschaltet sind und die zur Erfassung des jeweiligen Mittelwertes der Spannungsamplituden in den einzelnen spektralen Kanälen dienen.Passive infrared detector according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation circuit (4-8) has amplitude evaluators which are integrated in the logic unit (6) or connected upstream thereof and which are used to detect the respective mean value of the voltage amplitudes in the individual spectrals Serve channels. Passiv-Infrarot-Melder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß neben den durch die einzelnen spektralen Kanäle gebildeten Signalen (A1 bis A4) ein Basissignal (A0) vorgesehen ist, das den gesamten Spektralbereich erfaßt und das der Logikeinheit (6) als Vergleichsgröße zugeführt ist.Passive infrared detector according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to the signals (A1 to A4) formed by the individual spectral channels, a basic signal (A0) is provided which covers the entire spectral range and that of the logic unit (6) as Comparative quantity is supplied. Passiv-Infrarot-Melder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Basissignals (A0) ein Summierer (10) dient, der die übrigen, den gesamten Spektralbereich repräsentierenden Signale (A1 bis A0) summiert.Passive infrared detector according to Claim 7, characterized in that a summer (10) is used to generate the base signal (A0), which sums up the remaining signals (A1 to A0) representing the entire spectral range. Passiv-Infrarot-Melder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Basissignal (A0) bereits vom Multispektralsensor (3) kommt, der es aus einem den Gesamtwellenlängenbereich repräsentierenden Infrarotsignal erzeugt.Passive infrared detector according to claim 7, characterized in that the base signal (A0) already comes from the multispectral sensor (3) which generates it from an infrared signal representing the total wavelength range. Passiv-Infrarot-Melder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikeinheit (6) den Mittelwert der Spannungsamplitude des Gesamtwellenlängenbereiches als Basiswert für den Vergleich mit einem entsprechenden vom Speicher (8) kommenden Wert benutzt und das Amplitudenverhältnis dieser beiden Werte bei der Gesamtauswertung berücksichtigt.Passive infrared detector according to one of the preceding claims 7 to 9, characterized in that the logic unit (6) uses the mean value of the voltage amplitude of the total wavelength range as the base value for the comparison with a corresponding value coming from the memory (8) and the amplitude ratio of these two Values taken into account in the overall evaluation. Passiv-Infrarot-Melder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Signalen (A0-A4) für die einzelnen spektralen Kanäle noch mindestens ein Sondersignal (AS) vorgesehen ist, das der Logikeinheit (6) mindestens eine Sonderinformation zuführt, die eine Identifikation des Strahlungsobjektes (9) erleichtert oder die Art ihrer Ausgabe an die Ausgabeeinheit (8) beeinflußt.Passive infrared detector according to one of the preceding claims, characterized in that, in addition to the signals (A0-A4), at least one special signal (AS) is also provided for the individual spectral channels, which supplies the logic unit (6) with at least one piece of special information which identification of the radiation object (9) is facilitated or the type of its output to the output unit (8) is influenced. Passiv-Infrarot-Melder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Multispektralsensor (3) eine Apertur (30) besitzt, die annähernd in der Bildebene der fokussierenden Optik (1) liegt.Passive infrared detector according to one of the preceding claims, characterized in that the multispectral sensor (3) has an aperture (30) which lies approximately in the image plane of the focusing optics (1). Passiv-Infrarot-Melder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Apertur (30) in das Innere des Multispektralsensors (3) einfallende Gesamtstrahlung (14) zunächst räumlich und dann spektral zerlegt wird und danach auf optoelektische Wandlerelemente (38) gelangt.Passive infrared detector according to Claim 12, characterized in that the total radiation (14) incident through the aperture (30) into the interior of the multispectral sensor (3) is first broken down spatially and then spectrally and then reaches opto-electrical converter elements (38). Passiv-Infrarot-Melder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang hinter der Apertur (30) eine zur räumlichen Trennung der Gesamtstrahlung (14) dienende Teileroptik (34) im Multispektralsensor (3) angeordnet ist, und zwischen dieser und den Wandlerelementen (38) in jedem der so gebildeten Teilstrahlengänge mindestens ein selektiv wirkendes Bandpaßelement angeordnet ist, das nur ein relativ schmalen Wellenlängenbereich passieren läßt.Passive infrared detector according to one of the preceding claims, characterized in that in the beam path behind the aperture (30) a divider optics (34) serving for spatial separation of the total radiation (14) is arranged in the multispectral sensor (3), and between this and the Transducer elements (38) are arranged in each of the partial beam paths thus formed, at least one selectively acting bandpass element, which allows only a relatively narrow wavelength range to pass. Passiv-Infrarot-Melder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandpaßelement ein selektiv reflektierender Spiegel (34), ein optisches Filter (35) oder ein selektiv wirkendes Wandlerelement (38) ist.Passive infrared detector according to claim 14, characterized in that the bandpass element is a selectively reflecting mirror (34), an optical filter (35) or a selectively acting transducer element (38). Passiv-Infrarot-Melder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsschaltung (4 bis 8) elektrische Bandpaßfilter (4) enthält, die nur Signale (A1 bis A4) eines bestimmten Spektrums passieren lassen.Passive infrared detector according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation circuit (4 to 8) contains electrical bandpass filters (4) which only let signals (A1 to A4) of a certain spectrum pass.
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