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Passiv-Infrarotmelder - Dokument EP1308914
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation EP1308914 30.09.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001308914
Titel Passiv-Infrarotmelder
Anmelder Siemens Building Technologies AG, Zürich, CH
Erfinder Pfister, Martin, 8645 Jona, CH;
Siegwart, David, 8708 Männedorf, CH
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 50103419
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 05.11.2001
EP-Aktenzeichen 011261823
EP-Offenlegungsdatum 07.05.2003
EP date of grant 25.08.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.09.2004
IPC-Hauptklasse G08B 13/19
IPC-Nebenklasse G08B 29/18   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Passiv-Infrarotmelder mit einem ersten Sensor für die Erzeugung eines für die Temperaturdifferenz zwischen einer Wärmequelle und deren Umgebung repräsentativen Infrarotsignals, mit einem von der Umgebungstemperatur des Melders beeinflussten zweiten Sensor, und mit einer Auswerteschaltung zur Verarbeitung des Infrarotsignals, wobei die Auswerteschaltung eine Temperaturkompensation zur Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders in Abhängigkeit von der genannten Umgebungstemperatur aufweist.

Die Amplitude des Infrarotsignals ist annähernd proportional zur Temperaturdifferenz zwischen dem Eindringling und Gegenständen, die im Hintergrund des Überwachungsbereichs vorhanden sind. Die letztere Temperatur wird nachfolgend als Hintergrundtemperatur bezeichnet. Genau genommen, entspricht das Infrarotsignal dem Stefan-Boltzmannschen Gesetz, gemäss dem die Gesamtstrahlung des schwarzen Körpers über alle Wellenlängen pro cm2 und Sekunde der 4. Potenz der absoluten Temperatur des Körpers proportional ist. Die Empfindlichkeit oder der Detektionsbereich von Passiv-Infrarotmeldern ist somit weitgehend von der Hintergrundtemperatur abhängig, das heisst, dass die Empfindlichkeit mit Abnahme der Temperaturdifferenz abnimmt, was dann der Fall ist, wenn sich die Hintergrundtemperatur der Körpertemperatur des Eindringlings nähert. Dieser Fall tritt beispielsweise in heissen oder tropischen Gegenden auf.

Wenn man davon ausgeht, dass ein Raum in der Regel eine homogene Temperaturverteilung aufweist, so dass die Hintergrundtemperatur der Umgebungstemperatur des Melders ungefähr gleich ist und sich synchron mit dieser ändert, dann liefert der zweite Sensor nicht nur Informationen über die Umgebungstemperatur sondern auch über die Hintergrundtemperatur. Somit eröffnet der zweite Sensor die Möglichkeit, ein Ansteigen der Hintergrundtemperatur auf Körpertemperatur und die damit verbundene Verminderung des Temperaturkontrasts zwischen einem Eindringling und dem Hintergrund zu erkennen und das Infrarotsignal in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zu verstärken. Alternativ kann die Verstärkung des Infrarotsignals unverändert bleiben und die Alarmschwelle des Melders entsprechend verändert werden.

Ein derartiger Melder, wie er beispielsweise in der US-A-4 195 234 beschrieben ist, weist eine konstante Detektionsempfindlichkeit auf. Wenn allerdings die Umgebungstemperatur die Körpertemperatur des Eindringlings übersteigt, wird die Verstärkung des Infrarotsignals erhöht oder die Alarmschwelle verkleinert. Auch im umgekehrten Fall, wenn die Körpertemperatur unter die Umgebungstemperatur sinkt, bleibt die Detektionsempfindlichkeit nicht konstant.

In der US-A-5 629 676 ist ein Passiv-Infrarotmelder beschrieben, dessen Empfindlichkeit auch dann, wenn die Umgebungstemperatur die menschliche Körpertemperatur übersteigt, im wesentlichen konstant bleiben soll. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass nach Überschreiten des Temperaturkontrastminimums, wenn Eindringling und Hintergrund ungefähr die gleiche Temperatur haben, die Melderempfindlichkeit verkleinert wird.

Da der zweite Sensor, wie schon erwähnt, in der Regel auf der im Inneren des Melders vorgesehenen Melderplatine angeordnet ist, misst dieser Sensor nicht die Hintergrundtemperatur und streng genommen nicht einmal die Temperatur in der Umgebung des Melders, sondern die Temperatur im Melderinneren. Das kann dazu führen, dass es infolge von warmem oder kaltem Luftzug am Ort des Melders zu einer Fehlanpassung der Empfindlichkeit kommen kann, weil sich der Melder im Vergleich zum Hintergrund zu stark oder zu rasch erwärmt beziehungsweise abkühlt. Diese Fehlanpassung kann zu einer Reduktion der Robustheit des Melders gegenüber Störeinflüssen wie beispielsweise Weisslicht oder EMV-Störer und dergleichen führen.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, einen Passiv-Infrarotmelder der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Temperaturkompensation so wirkt, dass die Robustheit des Melders gegen Fehlalarme erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Temperaturkompensation so ausgebildet ist, dass bei Änderung der Umgebungstemperatur keine unmittelbare Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders erfolgt. Vorzugsweise ist der zweite Sensor durch einen im Inneren des Melders angeordneten Temperatursensor gebildet.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Melders ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders erst nach einer Verzögerung erfolgt. Vorzugsweise ist die Verzögerung insbesondere dann wirksam, wenn eine Erhöhung der Umgebungstemperatur eine Erhöhung der Empfindlichkeit des Melders bewirken würde.

Die Verzögerung ist bei Anstieg oder Abfall der Umgebungstemperatur und/oder ober- und unterhalb eines minimalen Werts der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der Umgebung unterschiedlich. Vorzugsweise weist die Verzögerung eine von Parametern abhängige Dauer auf, wobei die Parameter durch die Geschwindigkeit der Änderung der Umgebungstemperatur und/oder durch die absolute Temperatur gebildet sind. Die Verzögerung kann mit elektronischen Mitteln oder durch Wärmeisolation des zweiten Sensors oder des von der Umgebungstemperatur beeinflussten Bauteils erfolgen.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Melders ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Änderung der Umgebungstemperatur erfolgt.

Vorzugsweise wird bei Überschreiten eines vorgebbaren ersten Werts der Geschwindigkeit der Temperaturänderung die Temperaturkompensation von einem ersten auf einen zweiten Modus und erst nach Unterschreiten eines zweiten Werts der Geschwindigkeit wieder auf den ersten Modus umgeschaltet. Beispielsweise ist die Temperaturkompensation im ersten Modus aktiviert und im zweiten Modus deaktiviert.

Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Melders werden durch die Verzögerung der Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders kurze lokale Temperaturschwankungen des Melders oder in dessen unmittelbarer Umgebung die Empfindlichkeit des Melders nicht beeinflussen, und die Temperaturkompensation wird im wesentlichen vom Verlauf der Hintergrundtemperatur abhängen.

Die Berücksichtigung der Geschwindigkeit der Änderung der Umgebungstemperatur gemäss der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Melders hat den Vorteil, dass abnormal rasche Temperaturänderungen unterdrückt werden und nicht zu Fehlalarmen wegen unnötig erhöhter Empfindlichkeit des Melders führen können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1
ein Blockschema eines erfindungsgemässen Passiv-Infrarotmelders; und
Fig. 2
ein Diagramm zur Funktionserläuterung.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Passiv-Infrarotmelder ist von üblicher Bauart und enthält insbesondere einen Pyrosensor 1 und eine Auswertestufe 2 zur Auswertung der Sensorsignale. Der Pyrosensor 1 erzeugt bei einer Änderung der empfangenen Infrarot-Energie ein Signal, welches in der Auswertestufe 2 zur Alarmfreigabe weiter verarbeitet wird. Der Aufbau eines solchen Passiv-Infrarotmelders ist bekannt, es wird in diesem Zusammenhang auf die EP-A-0 361 224, 0 499 177 und 1 093 100 verwiesen.

Der Pyrosensor 1 ist beispielsweise ein sogenannter Standard-Dualpyrosensor, wie er in den Passiv-Infrarotmeldern der Siemens Building Technologies AG, früher Cerberus AG, eingesetzt wird. Derartige Standard-Dualpyrosensoren enthalten zwei wärmeempfindliche Elemente oder Flakes, deren Abbildungen auf dem Boden oder einer Wand eines Überwachungsraums die Überwachungsbereiche definieren, von deren Umrandung jeweils ein Strahlenbündel zum jeweiligen Flake verläuft. Sobald ein eine Wärmestrahlung aussendendes Objekt ein derartiges Strahlenbündel kreuzt, oder mit anderen Worten, in einen Überwachungsraum eindringt, detektiert der Sensor 1 die von diesem Objekt ausgesandte Wärmestrahlung.

Es bestehen zwei Voraussetzungen für die Detektion dieser Wärmestrahlung, einerseits eine Bewegung des die Wärmestrahlung aussendenden Objekts und andererseits das Vorhandensein einer Temperaturdifferenz oder eines Temperaturkontrasts zwischen dem genannten Objekt, welches im folgenden der Einfachheit halber als Eindringling bezeichnet wird, und dessen Hintergrund. Dies deswegen, weil der Melder auf die charakteristische Änderung des die empfangene Wärmestrahlung repräsentierenden Signals beim Eindringen des Eindringlings in den Überwachungsbereich und/oder bei dessen Verlassen anspricht. Und diese Signaländerungen können selbstverständlich nur dann auftreten, wenn sich der Eindringling bewegt und wenn er sich ausserdem temperaturmässig vom Hintergrund abhebt. Ein Eindringling wird also umso sicherer detektiert, je stärker sich seine Temperatur von derjenigen des Hintergrunds unterscheidet.

Das Signal des Pyrosensors 1 ist also ein Infrarotsignal, welches die Temperaturdifferenz zwischen einer Wärmequelle (Eindringling) und dessen Hintergrund repräsentiert. Die Amplitude des Infrarotsignals ist zu dieser Temperaturdifferenz proportional, wenngleich das Infrarotsignal streng genommen dem Stefan-Boltzmannschen Gesetz gehorcht, gemäss dem die Gesamtstrahlung eines schwarzen Körpers über alle Wellenlängen pro cm2 und Sekunde der 4. Potenz der absoluten Temperatur des Körpers proportional ist. Unter der Voraussetzung einer annähernd konstanten Körpertemperatur eines Eindringlings, ist also die Empfindlichkeit oder der Detektionsbereich eines Passiv-Infrarotmelders weitgehend von der Hintergrundtemperatur abhängig. Je näher diese bei der Körpertemperatur liegt, desto geringer wird die Empfindlichkeit des Melders.

Zur Erzielung einer über einen weiten Bereich der Hintergrundtemperatur weitgehend konstanten Empfindlichkeit des Melders ist dieser mit einem von der Umgebungstemperatur beeinflussten Bauteil, vorzugsweise einem Temperatursensor 3, und einer Temperaturkompensation 4 ausgerüstet. Die Temperaturkompensation 4 erhält von dem vorzugsweise auf der Platine des Melders angeordneten Temperatursensor 3 laufend die Umgebungstemperatur T (Fig. 2) und erhöht in einem bestimmten Temperaturbereich von beispielsweise 20° bis 35° die Detektionsempfindlichkeit. Diese Erhöhung erfolgt entweder durch eine entsprechende Änderung der Verstärkung des Signals des Pyrosensors 1 oder durch Reduktion der Alarmschwelle mit der das Infrarotsignal verglichen wird. Im Fall einer Auswertung mit Hilfe von Fuzzy-Logic (siehe EP-A-0 646 901) würden sinngemäss die Zugehörigkeitsfunktionen des Signals des Pyrosensors 1 zu den verschiedenen Fuzzy-Sets entsprechend adaptiert.

Da der Temperatursensor 3 auf der Melderplatine angeordnet ist, misst er streng genommen nicht die Hintergrundtemperatur sondern die Temperatur des Melders. In den meisten Fällen hat das keinen Einfluss, weil diese beiden Temperaturen im wesentlichen gleich sind, es kann aber vorkommen, dass sich der Melder im Vergleich zum Hintergrund infolge eines Luftzugs zu rasch erwärmt oder abkühlt, was zu eine unangepasst Temperaturkompensation auslöst. Und diese wiederum kann zu einer Reduktion der Melderrobustheit gegenüber Störeinflüssen wie beispielsweise Weisslicht oder EMV-Störer, führen.

Zur Ausschaltung dieser potentiellen Fehlalarmquelle ist vorgesehen, dass die Temperaturkompensation 4 so ausgebildet ist, dass bei Änderung der vom Temperatursensor 3 gemessenen Umgebungstemperatur keine unmittelbare Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders erfolgt. Zu diesem Zweck erfolgt die Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders mit einer Verzögerung, wodurch bewirkt wird, dass sich eine Änderung der Umgebungstemperatur erst nach einer bestimmten Zeit Δt auf die Melderempfindlichkeit auswirkt.

Diese Verzögerung erfolgt vor allem in den Fällen, wo aufgrund einer Erhöhung der Umgebungstemperatur und der davon abgeleiteten Vermutung, dass sich der Temperaturkontrast zwischen einem Eindringling und dem Hintergrund verkleinert hat, eine automatische Erhöhung der Empfindlichkeit stattfinden würde. Die Verzögerung kann je nachdem, ob die vom Temperatursensor 3 gemessene Temperatur steigt oder fällt und/oder wie gross die Differenz zwischen der Temperatur des Eindringlings und der Hintergrundtemperatur ist, unterschiedlich sein. Die Verzögerung kann fest vorgegeben sein oder eine von bestimmten Parametern, wie beispielsweise Geschwindigkeit der Temperaturänderung oder Höhe der absoluten Temperatur, abhängige Dauer haben.

Vorzugsweise wird die Verzögerung elektronisch realisiert. Es ist aber auch möglich, die Verzögerung durch eine Wärmeisolation des Temperatursensors 3 oder des von der Umgebungstemperatur beeinflussten Bauteils zu verwirklichen.

Zusätzlich zur Verzögerung oder alternativ zu dieser kann man die Temperaturkompensation in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Änderung der vom Temperatursensor 3 gemessenen Umgebungstemperatur steuern, indem man die Temperaturkompensation bei Überschreiten einer bestimmten Schwelle der genannten Geschwindigkeitsänderung adaptiert und erst bei Unterschreiten dieser oder einer anderen Schwelle wieder auf den ursprünglichen Wert schaltet. Adaptieren heisst in diesem Zusammenhang umschalten von einem Modus mit normaler Temperaturkompensation auf einen anderen Modus mit reduzierter Temperaturkompensation. Adaptieren kann auch heissen, dass die Temperaturkompensation bei Überschreiten der genannten Schwelle deaktiviert und erst bei Unterschreiten dieser Schwelle wieder aktiviert wird.

In Fig. 2 ist die zuletzt genannte Methode zur Temperaturkompensation anhand eines Diagramms erläutert. In der Figur ist mit dem Bezugszeichen T die vom Temperatursensor 3 gemessene Umgebungstemperatur und mit der gestrichelt eingezeichneten Kurve TK der Modus der Temperaturkompensation 4 bezeichnet. Die obere Linie der Kurve TK gibt den Modus "Temperaturkompensation normal" und die untere Linie den Modus "Temperaturkompensation reduziert" wieder. Die gestrichelten Pfeile A geben die maximale Steigung der Temperaturänderung an, unterhalb von der die Temperaturkompensation in ihrem normalen Modus betrieben wird. Die Pfeile B bezeichnen eine Verzögerung vor dem Umschalten der Temperaturkompensation auf den Normalmodus.


Anspruch[de]
  1. Passiv-Infrarotmelder mit einem ersten Sensor (1) für die Erzeugung eines für die Temperaturdifferenz zwischen einer Wärmequelle und deren Hintergrund repräsentativen Infrarotsignals, mit einem von der Umgebungstemperatur des Melders beeinflussten zweiten Sensor (3), und mit einer Auswerteschaltung (2) zur Verarbeitung des Infrarotsignals, wobei die Auswerteschaltung eine Temperaturkompensation (4) zur Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders in Abhängigkeit von der genannten Umgebungstemperatur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturkompensation (4) so ausgebildet ist, dass bei Änderung der Umgebungstemperatur keine unmittelbare Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders erfolgt.
  2. Melder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (3) durch einen im Inneren des Melders angeordneten Temperatursensor gebildet ist.
  3. Melder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders erst nach einer Verzögerung erfolgt.
  4. Melder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung insbesondere dann wirksam wird, wenn eine Erhöhung der Umgebungstemperatur eine Erhöhung der Empfindlichkeit des Melders bewirken würde.
  5. Melder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung bei Anstieg oder Abfall der Umgebungstemperatur und/oder ober- und unterhalb eines minimalen Werts der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der Umgebung unterschiedlich ist.
  6. Melder nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung eine von Parametern abhängige Dauer aufweist, wobei die Parameter durch die Geschwindigkeit der Änderung der Umgebungstemperatur und/oder durch die absolute Temperatur gebildet sind.
  7. Melder nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung mit elektronischen Mitteln erfolgt.
  8. Melder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung durch Wärmeisolation des zweiten Sensors (3) oder des von der Umgebungstemperatur beeinflussten Bauteils erfolgt.
  9. Melder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung der Empfindlichkeit des Melders in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Änderung der Umgebungstemperatur erfolgt.
  10. Melder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer vorgebbaren ersten Werts der Geschwindigkeit der Temperaturänderung die Temperaturkompensation (4) von einem ersten auf einen zweiten Modus und erst nach Unterschreiten eines zweiten Werts der Geschwindigkeit wieder auf den ersten Modus umgeschaltet wird.
  11. Melder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturkompensation (4) im ersten Modus aktiviert und im zweiten Modus deaktiviert ist.






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