DE3128256C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bewegungsmelder zur Raumüberwa­ chung, bestehend aus einem wenigstens zwei im Gegentakt ar­ beitende Sensoren zur Aufnahme elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich über eine Optik zur Abbildung mindestens eines Gesichtsfeldes mit zwei nebeneinander liegenden Strahlungskeulen und einem nachgeschalteten Verstärker aufwei­ senden Strahlungsempfänger, sowie einer Auswerteschaltung und einer Alarmeinheit, wobei die Auswerteschaltung jeweils einen Signalweg für positive und negative Signale mit je einem die Signalflußdauer bestimmenden Zeitglied aufweist und bei Än­ derung der Strahlungsintensität dann einen alarmauslösenden Steuerimpuls abgibt, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeit­ dauer nacheinander sowohl ein positiver als auch ein nega­ tiver Spannungsimpuls am Ausgang des Strahlungsempfängers vorhanden sind, wobei die Ausgänge der Zeitglieder mit den Eingängen eines die Alarmgabe steuernden UND-Gliedes ver­ bunden sind.

Ein derartiger Bewegungsmelder ist bereits aus der DE-OS 22 60 486 bekannt. Im Vergleich zu einem beispielsweise in der DE-PS 25 37 380 beschriebenen Bewegungsmelder, bei dem zwar die Aufeinanderfolge positiver und negativer Impulse in der Auswerteschaltung offenbart, die Immunität gegen Fehlalarme jedoch gering ist, da dieselbe Impulsfolge wegen der Verwendung von Gleichtaktsensoren auch durch unerwünschte Störeinflüsse erzeugt wird, ist es für eine höhere Störsi­ cherheit geeignet, weil das gewählte Alarmkriterium durch Störfaktoren außerordentlich selten auftritt, während anderer­ seits die Wahrscheinlichkeit der Erfassung einer als Alarm zu indizierenden Bewegung z. B. eines unerwünschten Eindringlings sehr groß ist.

Bei dem Bewegungsmelder gemäß der DE-OS 22 60 486 ist die in der Auswerteschaltung benötigte Diodenwirkung durch Verwendung von jeweils einem Spannungs-Komparator im jeweiligen Signal­ weg mit fester Referenzspannung realisiert. Eine derartige Schaltung weist jedoch den Nachteil auf, daß durch den Ein­ schwingvorgang des Verstärkers eine extrem unsymmetrische Ansteuerung der Spannungs-Komparatoren und damit ein uner­ wünschter Alarm erfolgt, der entsprechend der Einschwingdauer auch sehr lange andauern kann und beim Einschalten des Gerätes somit einer unerwünschten Verzögerung (z. B. für die Arbeit des einschaltenden Service-Mannes) bewirkt. Gegebenenfalls ist zudem der Mehraufwand einer Schaltung zur Unterdrückung eines solchen Alarmes erforderlich. Vor allem aber entspricht bei solchen Komparatoren durch Streuungen der Bauelemente, Leckströme der Kondensatoren und ähnliche Effekte die Aus­ gangsspannung des Verstärkers auch nach der Einschwingzeit nicht immer dem Nominalwert, insbesondere auch durch die Verwendung eines zusätzlichen Inverters in nur einem der Signalwege. Dies führt zu einer unsymmetrischen Ansteuerung der Komparatoren und damit zur Auslösung von Fehlalarmen. Diese Nachteile sind besonders schwerwiegend, weil sie der angestrebten Störsicherheit gerade zuwiderlaufen. Darüber hinaus ist die Schaltungsanordnung relativ aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Bewegungs­ melder der eingangs genannten Art die mit Hilfe des durch die Gegentaktsensoren in Verbindung mit den jeweils zugeordneten nebeneinander liegenden Strahlungskeulen erzeugten Alarmkri­ teriums grundsätzlich mögliche Störsicherheit gegen Fehlalarm mit geringstmöglichem Aufwand tatsächlich zu erreichen und dauerhaft sicher zu gewährleisten.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß ein Fensterdiskrimina­ tor mit zwei komplementären Transistoren vorgesehen ist, deren Emitter und Basen zusammengeschaltet und über einen ohm'schen Widerstand verbunden sind, der am basisseitigen Anschluß über einem Kondensator an Masse liegt, wobei dessen Kapazität und der Wert des Widerstandes so bemessen sind, daß die durch die langsamste noch zu erfassende Störbewegung bewirkte Spannungsänderung am Ausgang des Verstärkers größer ist als diejenige am Verbindungspunkt zwischen Kondensator und Widerstand.

Bei dieser Schaltung ist die Referenzspannung nicht starr, sie gleicht sich vielmehr ständig der sich ändernden Ausgangs­ spannung des Verstärkers an, so daß der Fensterdiskriminator immer quasi-symmetrisch angesteuert wird und die beschrie­ benen Fehlalarme dadurch wirksam vermieden sind. Dabei ist die Angleichzeit durch entsprechende Bemessung der Bauteile so gewählt, daß ein optimaler Kompromiß zwischen dem Erreichen des Betriebszustandes einerseits und einer sicheren Alarm­ auslösung auch bei sich langsam bewegenden Objekten (Ein­ brecher) andererseits erreicht ist.

In vorteilhafter Weise erfolgt dabei die Meldung eines uner­ wünschten Eindringlings bereits nach Erreichen einer gering­ fügigen Änderung des beim Einschalten des Gerätes sich ein­ stellenden Pegels, da der Fensterdiskriminator bereits bei stark unsymmetrischer Ansteuerung arbeitet.

Durch das Einschalten des Kondensators zwischen Masse und basisseitigem anstatt emitterseitigem Anschluß des ohm'schen Widerstandes kann die Kapazität des Kondensators in wünschens­ werter Weise bei gleicher Wirkung um den Stromvertärkungs­ faktor der Transistoren geringer gewählt werden.

Insgesamt ist beim erfindungsgemäßen Bewegungsmelder durch die Verwendung eines Fensterdiskriminators mit "nachlaufendem Potential" auf einfache und wirkungsvolle Weise, sowie prak­ tisch ohne Mehraufwand gegenüber dem Stand der Technik eine sehr hohe Immunität gegen Fehlalarme erreicht, die in vielen Fällen erst seinen sinnvollen praktischen Einsatz ermöglicht und in Ausführungsbeispielen Werte erreicht hat, die um bis zu 40 dB über denjenigen bekannter vergleichbarer Bewegungs­ melder liegen.

Ein besonders kostengünstiger Aufbau der Auswerteschaltung des erfindungsgemäßen Bewegungsmelders ist in Anspruch 2 angegeben, weil durch den Aufbau der Zeitglieder als komple­ mentäre Timer eine Phasenumkehrstufe zur Erzeugung gegen­ läufiger Startimpulse einsparbar ist.

Für den Fall, daß in der Schaltung kein Massepotential vor­ handen ist, bietet die in Anspruch 3 beschriebene Maßnahme eine einfache Möglichkeit zur Verkürzung der angeführten Angleichzeit.

Die in Anspruch 4 angegebene Bemessung des RC-Gliedes gibt einen vorteilhaften Kompromiß an, der gewährleistet, daß einerseits beim Einschalten des Gerätes nur der Verstärker V und nicht auch der Fensterdiskriminator die Zeit bis zur Scharfschaltung bestimmt (R ₃ · C möglichst klein) und zum anderen die Impulsanstiegszeit des Signals am Verstärker­ ausgang größer ist als diejenige des Signals an den Basen der Transistoren T ₁, T ₂, so daß der Fensterdiskriminator noch einen durch einen sich sehr langsam bewegenden Ein­ brecher hervorgerufenen Mindestimpulsanstieg der Verstärker­ ausgangsspannung als Alarm indizieren kann (R ₃ · C möglichst groß).

Weiterhin ist es vorteilhaft, gemäß Anspruch 5 für den Ver­ stärker eine untere Grenzfrequenz von 1 Hz vorzusehen.

Die Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bewegungsmelders mit zwei Gegentaktsensoren und den beiden zugehörigen, im Überwachungsbereich nebeneinander ver­ laufenden Strahlungskeulen eines Gesichtsfeldes, wobei der Übersicht­ lichkeit halber weitere Gesichtsfelder weggelassen und ein voll­ ständiges Schaltbild nur vom Fensterdiskriminator gezeigt ist, während die übrigen Einrichtungen lediglich symbolhaft dargestellt sind.

Der zur Überwachung geschlossener Räume auf Einbruch vorgesehene Be­ wegungsmelder besteht aus einem Strahlungsempfänger SE, einer Aus­ werteschaltung AS und einer Alarmeinheit AE. Die Optik weist zwei im Gegentakt geschaltete infrarotempfindliche Sensoren S ₁, S ₂ auf, die derart außerhalb des Brennpunktes eines Spiegel- oder Linsen­ systems (symbolisiert durch die Linse L) angeordnet sind, daß die von ihnen ausgehenden beiden Strahlungskeulen K ₁, K ₂ je Gesichts­ feld im Überwachungsbereich möglichst nahe nebeneinander verlaufen. Die von den Sensoren S ₁, S ₂ empfangene Strahlung wird in einem Opera­ tionsverstärker V mit einer unteren Grenzfrequenz von 1 Hz ver­ stärkt und in der Auswerteschaltung AS verarbeitet, die aus einem Fensterdiskriminator mit dynamischer Referenzspannung, zwei von dessen Ausgangssignalen getriggerten Timern Z ₁, Z ₂ und einem Und-Glied U aufgebaut ist, dessen Ausgangssignal die aus einem Relais R und einem Signalgeber SG (z. B. Sirene) bestehende Alarmeinheit steuert.

Dieser Bewegungsmelder gibt nur dann einen Alarm ab, wenn inner­ halb einer mittels der Timer Z ₁, Z ₂ einstellbaren Zeitspanne nach­ einander sowohl ein positives, als auch ein negatives Signal von den Sensoren geliefert wird. Das Zeitfenster ist hier mit etwa 3 sec so gewählt, daß bei einer Brennweite der Optik von 40 . . . 100 mm die beiden Keulen im Überwachungsbereich etwa 1 m breit sind und der langsamste, mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,3 m pro sec sich bewegende Einbrecher gerade einen positiven und einen negativen Impuls bewirkt.

Diese als Alarmkriterium gewählte Signalfolge wird mit großer Sicher­ heit von einem die Strahlungskeulen K ₁, K ₂ durchschreitenden uner­ wünschten Eindringling hervorgerufen, ist jedoch durch seine speziellen Bedingungen nur außerordentlich selten die Folge von Störeinflüssen, die keinen Alarm indizieren sollen.

Damit ist auf einfache und elegante Weise, sowie praktisch ohne Mehr­ kosten eine außerordentlich hohe Sicherheit gegen Fehlalarme gewähr­ leistet.

Ergänzt und verstärkt ist diese Sicherheit noch durch den Einsatz und Aufbau eines dynamischen Fensterdiskriminators, der aus einem npn- Transistor T ₁ und einem pnp-Transistor T ₂ besteht, deren Kollektoren über Arbeitswiderstände R ₁, R ₂ an die beiden Pole der Betriebsgleich­ spannung ±U _B angeschlossen, mit ihren Emittern und ihren Basen direkt miteinander verbunden sind, zwischen den gemeinsamen Basen und Emittern einen ohm'schen Widerstand R ₃ aufweisen und emitterseitig über einen ohm'schen Widerstand R ₄ zur Einstellung der Triggeramplitude mit dem Verstärkerausgang, sowie basisseitig über einen Kondensator C mit Masse­ potential verbunden sind. Die Kapazität C und der Widerstand R ₃ sind dabei so bemessen, daß die durch die langsamste noch zu erfassende Stör­ bewegung bewirkte Spannungsänderung am Ausgang des Verstärkers größer ist als diejenige am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R ₃ und dem Kondensator C. Der basisseitige Anschluß des Kondensators C bringt gegenüber einem emitterseitigen Anschluß den Vorteil, daß seine Kapazität um den Stromverstärkungsfaktor der Transistoren kleiner bemessen sein kann. Der beschriebene Fensterdiskriminator bewirkt nicht nur eine Vermeidung von Fehlalarmen durch den unvermeidlichen Rausch-Störpegel (wegen der Transistorschwellenspannung), sondern weist darüber hinaus den für den praktischen Einsatz besonders wichtigen Vorteil auf, daß auch durch die sich ändernde Ausgangsspannung des Verstärkers V und die dadurch bedingte unsymmetrische Ansteuerung des Fenster­ diskriminators hervorgerufene Fehlalarme wirksam verhindert sind, weil dessen Referenzspannung nicht starr ist, sondern sich ständig der sich ändernden Ausgangsspannung des Verstärkers angleicht. Die Angleichzeit ist mit etwa 20 Sekunden so gewählt, daß auch bei sich langsam bewegenden Einbrechern ein optimaler Kompromiß zwischen schnellem Erreichen des Betriebszustandes und sicherer Alarmlösung gegeben ist.

Solange im überwachten Raumbereich keine Änderung der Strahlungs­ intensität erfolgen, wird der Fensterdiskriminator absolut symmetrisch angesteuert, der Spannungspegel an den Basen der beiden Transistoren T ₁, T ₂ ist wegen des Kondensators C (ca. 5 µF) gleich demjenigen der Emitter, so daß beide Transistoren gesperrt sind und damit keine Trigger­ impulse für die beiden Timer Z ₁, Z ₂ liefern, womit am Ausgang des Und- Gliedes U kein Steuersignal zur Auslösung eines Alarms erzeugt wird.

Bewegt sich indessen ein Einbrecher durch die Strahlungskeulen K ₁, K ₂ der beiden Sensoren S ₁ und S ₂, so werden die beiden Transistoren nacheinander leitend und erzeugen Triggerimpulse für die Timer Z ₁ und Z ₂, die wiederum, sofern sich der Einbrecher schnell genug durch das Gesichtsfeld bewegt, innerhalb der eingestellten Zeitspanne je ein positives und ein negatives Signal an das Und-Gatter U liefern, an dessen Ausgang dann ein alarmauslösendes Signal entsteht.

Die Werte des R ₃ C-Gliedes sind dabei als Kompromiß so bemessen, daß einerseits beim Einschalten des Gerätes nur der Verstärker V und nicht auch der Fensterdiskriminator die Zeit bis zur Scharfschaltung bestimmt (R ₃ · C möglichst klein) und zum anderen die Impulsanstiegs­ zeit des Signals am Verstärkerausgang größer ist als diejenige des Signals an den Basen der Transistoren T ₁, T ₂, so daß der Fensterdiskri­ minator noch einen durch einen sich sehr langsam bewegenden Einbrecher hervorgerufenen Mindestimpulsanstieg der Verstärkerausgangsspannung als Alarm indizieren kann (R ₃ · C möglichst groß).

Der beschriebene Bewegungsmelder weist trotz des einfachen und kosten­ sparenden Aufbaus eine äußerst geringe Anfälligkeit gegen Fehlalarme und damit eine optimale Eignung für seinen bestimmungsgemäßen Einsatz auf.

Claims (5)

1. Bewegungsmelder zur Raumüberwachung, bestehend aus einem wenigstens zwei im Gegentakt arbeitende Sensoren (S ₁, S ₂) zur Aufnahme elektromagnetischer Strahlung im Infrarot­ bereich über eine Optik (L) zur Abbildung mindestens eines Gesichtsfeldes mit zwei nebeneinander liegenden Strahlungs­ keilen und einem nachgeschalteten Verstärker (V) aufwei­ senden Strahlungsempfänger (SE), sowie einer Auswerte­ schaltung (AS) und einer Alarmeinheit (AE), wobei die Aus­ werteschaltung (AS) jeweils einen Signalweg für positive und negative Signale mit je einem die Signalflußdauer be­ stimmenden Zeitglied (Z ₁, Z ₂) aufweist und bei Änderung der Strahlungsintensität dann einen alarmauslösenden Steuer­ impuls abgibt, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeit­ dauer nacheinander sowohl ein positiver als auch ein negativer Spannungsimpuls am Ausgang des Strahlungsem­ pfängers (SE) vorhanden sind, wobei die Ausgänge der Zeit­ glieder (Z ₁, Z ₂) mit den Eingängen eines die Alarmgabe steuernden UND-Gliedes (U) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fenster­ diskriminator mit zwei komplementären Transistoren (T ₁, T ₂) vorgesehen ist, deren Emitter und Basen zusammengeschal­ tet und über einen ohm'schen Widerstand (R ₃) verbunden sind, der am basisseitigen Anschluß über einen Kondensator (C) an Masse liegt, wobei dessen Kapazität und der Wert des Widerstandes (R ₃) so bemessen sind, daß die durch die langsamste noch zu erfassende Störbewegung bewirkte Spannungsänderung am Ausgang des Verstärkers (V) größer ist als diejenige am Verbindungspunkt zwischen Kondensator (C) und Widerstand (R ₃).

2. Bewegungsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zeitglieder (Z ₁, Z ₂) komplementär aufge­ baute Timer sind.

3. Bewegungsmelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kondensator (C) aus zwei Teilkondensa­ toren besteht, deren gemeinsamer Anschluß mit den zusammen­ geschalteten Basen der Transistoren (T ₁ , T ₂) und deren anderer Anschluß mit dem positiven bzw. dem negativen Pol der Betriebsgleichspannungsquelle (±UB) verbunden ist.

4. Bewegungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des am basisseitigen An­ schluß des RC-Gliedes (R ₃, C) wirksamen Produktes R ₃ · C so klein ist, daß beim Einschalten des Gerätes nur der Verstärker (V) die Zeit bis zur Scharfschaltung bestimmt.

5. Bewegungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (V) eine untere Grenz­ frequenz von 1 Hz aufweist.