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Uberwachungs einrichtung.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinrichtung der dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrunde liegenden Art.
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Infrarotalarmsysteme können in aktive und passive Systeme unterteilt
werden.
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Ein aktives System umfaßt eine Infrarotquelle, die einen Infrarotlichtstrahl
aussendet, der von einem Empfänger aufgenommen wird. Sobald dieser Infrarotlichtstrahl
durch irgendein undurchlässiges Objekt unterbrochen wird, wird ein Alarm- bzw. Steuersignal
erzeugt. Eine solche Anordnung wird auch als Lichtschranke bezeichnet. Voraussetzung
für das Ansprechen ist das Unterbrechen des Infrarotlichstrahls, so daß solche Systeme
nur für eine Streckenüberwachung geeignet sind. Ein Beispiel einer Lichtschrankenanordnung
ist in der DE-AS 15 66 703 dargestellt.
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Passive Systeme benutzen keine zusätzlichen Infrarotlichtquellen,
sondern reagieren auf vorhandene Infrarotstrahlungen bzw. Strahlungsänderungen.
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Jedes ObJekt, welches eine Temperatur von über Oo Kelvin hat, strahlt
Infrarot ab, Die Strahlungsmenge und auch die Wellenlänge sind temperaturabhängig.
Die Temperaturunterschiede zwischen dem Körper eines Lebewesens und dem Hintergrund
wie Bäume, Wiesen o.dgl. sind geeignet, ein Lebewesen von der Hintergrundstrahlung
zu differenzieren und so sein Vorhandensein festzustellen.
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Die von einem Eindringling ausgesandte Infrarotstrahlung wird von
einem Detektor erfaßt. Als solche Detektoren kommen pyroelektrische oder bolometrische
Detektoren in Betracht. Die von dem Eindringling ausgehende Infrarotstrahlung wird
über eine Spiegeloptik auf den Detektor konzentriert, um die Ansprechempfindlichkeit
zu erhöhen. Das Ausgangssignal des Detektors wird verstärkt und einer Ausgangsschaltung
zugeführt, die entweder einen Alarm hervorruft oder sonstige Maßnahmen steuert,
die beim Erscheinen eines Eindringlings gewünscht werden.
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Ein wesentlicher Nachteil der bekannten passiven überwachungseinrichtungen
besteht darin, daß sie lediglich in der Lage sind, das Vorhandensein bzw. Eindringen
eines Eindringlings in einen bestimmten Flächensektor bzw. Raumwinkel festzustellen,
der durch die Spiegelanordnung und den jeweiligen Detektor bestimmt ist, die stets
feststehend angeordnet sind. Es ist jedoch keine exakte Lagebestimmung möglich.
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Die weiteren Entwicklungen gingen meist dahin, den winkelmäßigen
Überwachungsbereich zu vergrößern, indem mit mehreren Detektoren gearbeitet wird
oder aber die aus mehreren Sektoren einfallende und Jeweils von einer separaten
Spiegeloptik erfaßte Strahlung auf ein und denselben Detektor geleitet wird (DE-OSen
24 61 977, 25 26 171, 25 37 380, 26 53 111, 27 42 389; DE-AS 21 o3 9o9). Teilweise
wurde es dadurch auch bereits möglich, eine Lagezuordnung zu den einzelnen Sektoren
vorzunehmen.
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Allen diesen bekannten Ausführungsformen ist aber gemeinsam, daß
der Aufwand erheblich ist und dennoch nur eine sehr grobe Ortung des Eindringlings
möglich ist insofern höchstens festgestellt werden kann, ob er in einem bestimmten
Sektor vorhanden ist oder von einem Sektor auf den nächsten übergeht. Die Feinheit
dieser Lageortung läßt sich nur durch Steigerung der Zahl der Sektoren und damit
des Aufwandes erhöhen.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Uberwachungseinrichtung der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß mit geringem Aufwand eine genaue Ortung des Eindringlings
möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs
1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
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Die Vielzahl der Sektoren, die im Stand der Technik separat abgetastet
und erfaßt werden müssen, ist bei der Erfindung dadurch ersetzt, daß die Auffangeinrichtung
rotiert und auf diese Weise einen beliebigen Raumwinkel erfaßt. In einem bestimmten
Moment wirkt auf den Infrarotdetektor nur die Strahlung aus einem schmalen, d.h.
nur einige Zentimeter bzw. einigeS*nZentimeter breiten, dem Einfallsstrahl entsprechenden
Raumwinkel.
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Die durch die Schmalheit des Einfallsstrahls gegebene feine Unterteilung
des Raumwinkels ergibt die höhere Ortungsgenauigkeit. Durch den Umlauf des Einfallsstrahls
ist erreicht, daß mit nur einem Infrarotdetektor gearbeitet werden kann. Die Lagezuordnung
des in einem bestimmten schmalen Einfallsraumwinkel auftretenden Infrarotsignal
geschieht durch die die Drehstellung der Auffangeinrichtung ermitteltende und ein
entsprechendes elektrisches Signal abgebende Erfassungseinrichtung.
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Die Erfindung kann in der in Anspruch 2 wiedergegebenen Weise verwirklicht
werden. Da jedoch Infrarotdetektoren im allgemeinen nicht rundum empfänglich sind,
sondern Strahlung nur aus einer Richtung aufnehmen können, wird im allgemeinen auch
der Infrarotdetektor mit der Fokusierungseinrichtung umlaufen müssen, was eine Drehübertragung
der Signale des Infrarotdetektors erfordert und somit einen gewissen Aufwand bedeutet.
Die Fokusierungseinrichtung ist üblicherweise als Infrarothohlspiegel ausgebildet,
weil dabei die Verluste am geringsten sind.
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Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung jedoch ist in Anspruch
3 wiedergegeben. Die Verwendung des Infrarotspiewgels läßt eine Anordnung zu, bei
der sowohl die Fokusierungseinrichtung als auch der Infrarotdetektor feststehend
angeordnet sind, so daß lediglich der Spiegel umlaufen muß und keine eine Drehung
zulassenden elektrischen Verbindungen erforderlich sind.
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Die Ausbildung im einzelnen ist in Anspruch 4 wiedergegeben.
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Ein Eindringling befindet sich nie bewegungslos an ein und derselben
Stelle,sondern verändert seinen Ort innerhalb des überwachten Flächensektors. Damit
die Uberwachungseinrichtung nur auf solche EiSdringlinge anspricht und durch feststehende
Infrarotstrahler, wie z.B. Lampen,nicht irritiert wird, kann die Signalverarbeitungseinrichtung
die Merkmale des Anspruchs 5 aufweisen.
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Hierdurch werden der Subtrabiere inrichtung Jeweilsgleth zeitig die
digitalen Werte von zwei aufeinanderfolgenden Durchläufen der Auffangeinrichtung
zugeführt. Nur wenn am Infrarotdetektor bei dieSen beiden Umläufen
unterschiedliche
Signale auftreten und sich somit die Infrarotstrahlung im überwachten Flächensektor
geändert hat, erhält die Subtrahiereinrichtung unterschiedliche Eingangssignale
und zeigt am Ausgang ein Signal, welches zur Auslösung eines Alarms oder Steuerung
einer Folgeeinrichtung dienen kann. Bei einer Lampe beispielsweise ändert sich bei
den beiden Umläufen die in dem bestimmten Winkelbereich einfallende Infrarotstrahlung
nicht und sind daher die Eingangssignale für die digitale Subtrahiereinrichtung
gleich, so daß an dieser kein Ausgangssignal auftritt.
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Die Ansprüche 6 und 7 geben alternative Ausführungsformen von Schaltungen
an, mit deren Hilfe bei einem Auftreten eines Signals am Ausgang der Subtrahiereinrichtung
zu einem Steuersignal für eine Folgeeinrichtung verarbeitbar ist.
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Um zu verhindern, daß die Überwachungseinrichtung durch gleichzeitig
oder auch kurz hintereinander aus verschiedenen Richtungen einfallende Infrarotstrahlungen
durcheinandergebracht wird, ist eine sogenannte Alarmfensterschaltung vorgesehen,
die Gegenstand des Anspruchs 8 ist. Sie bewirkt, daß, wenn ein Signal unter einem
bestimmten Winkel auftritt, nur dieses Signal zur Steuerung der Folgeeinrichtung
weitergeleitet wird.
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In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Auffangeinrichtung in Gestalt eines drehbaren Spiegels mit zugehörigen Infrarotdetektor;
Fig. 2 und 3 zeigen schematisch verschiedene Anordnungen des Uberwachungsbereichs;
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild zur Verarbeitung der Signale; Fig. 4a zeigt eine
alternative Aus führungs form des in Fig. 2 rechten Teils der Schaltung; Fig. 5
und 6 zeigen a iternative Ausfuhrungsformen zur Gewinnung eines Steuersignais fUr
die Folgeeinriohtung.
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Die 'n Yig. 1 als Ganzes mit lo bezeichnete Einrichtung umfaßt ein
rohrförmiges Gehäuse 1, oberhalb dessen mit einem Abstand ein Kopfteil 1' angeordnet
ist, welches mittels schmalen, außen angesetzten Verbindungsstücken 2 gehalten ist.
Der freie Zwisohenraum ist mit 60 bezeichnet. Der winkelmäßige Uberwachungsbereich,
aus dem die Uberwachungseinrichtung Infrarotstrahlen aufnehmen und verarbeiten kann,
erstreckt sich über 3600. Falls nur ein ein Winkelsektor von weniger als 36o erfaßt
werden soll, kann der Rest durch Blenden oder elektronische Austastung ausgeblendet
werden.
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Ein Infrarotstrahl ist durch die Grenzstrahlen 3 und 4 dargestellt.
Diese Grenzstrahlen sollen möglichst parallel laufen oder höchstens einen kleinen
OffnungswiSMl aufweisen, damit der Strahl insgesamt schmal bleibt und jeweils nur
einen sehr geringen Raumwinkel darstellt. Die Feinheit des als Ganzes mit 5 bezeichneten
Einfalls strahls bestimmt die Genauigkeit der mit der Uberwachungseinrichtung möglichen
Ortung eines Eindringlings.
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In Höhe des Zwischenraums 60 des vertikal angeordneten Gehäuses 1
ist ein Planspiegel 6 vorgesehen, der an seinem RUcken mit einer Antriebswelle 7
verbunden ist, die von einem gesteuerten elektrischen Antriebsmotor 8 gedreht wird.
Der Winkel 9, den die Ebene des Planspiegels 6 zu der optischen Achse 11, in der
auch die Achse des Motor 8 liegt, einnimmt, beträgt in dem dargestellten AusfUhnzgi
beispiel 450> so daß der Planspiegel 6 bei seiner Drehung an den aus den verschiedenen
Richtungen .kommenden im wesen lichen horizontalen Einfallsstrahl 5 in einen parallel
zur Achse 11 festliegenden Strahl 12 reflektiert. Der Strahl 12 trifft auf einen
im Gehäuse 1 angeordneten Infrarothohlspiegel 13, der den Strahl 12 auf einen zwischen
dem Planspiegel 6 und dem Hohlspiegel 13 außerhalb des Einfallsstrahls 5 angeordneten
Infrarotdetektor 14 fokussiert, dessen elektrisches Ausgangssignal in einer noch
zu beschreibenden Weise verarbeitet wird. Die Korrelation diese£ Signals zu dem
Raumwinkel, aus dem es kommt, erfolgt durch die Erfassungseinrichtung 15, die ein
der Winkelstellung des Planspiegels 6 entsprechendes Signal abgibt. Die Erfassungseinr
'chtung
15 kanr tseispielsweise eine auf der Antriebswelle 7 des Planspic2els 6 angeordnete
Loch- oder Nutenscheibe 16 und eine darauf ansprechende fotoelektrische Einheit
17 umfassen.
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Der mit der Anordnung nach Fig. 1 erfaßbare Überwachungsbereich ist
in Fig. 2 wiedergegeben. Es ergibt sich eine im wesentlichen horizontale Zone, die
über 3600 verläuft und einen nur durch die Empfindlichkeit des Infrarotdetektors
14 bzw. die Möglichkeit, einfallende Strah lung noch einwandfrei vom Untergrund
zu trennen, begrenzten Radius aufweist. Ein Infrarotstrahlen aussendender Eindringling
62 in dem Überwachungsbereich 61 wird durch die Winkelstellung des Spiegels 6, unter
der der Infrarotdetektor 14 die vom Eindringling 62 ausgehende Infrarotstrahlung
63 erfaßt, geortet.
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In Fig. 2 ist die Einrichtung lo etwa in Körperhöhle aufgestellt.
Es ist aber auch möglich, sie, wie in Fig. 3 angedeutet, in einiger Höhe, z.B. auf
der Oberseite 64 eines Gebäudes anzuordnen und einen hohlkegelförmigen Uberwachungsbereich
65 um das Gebäude zu legen, indem der Spiegel 6 steiler als 450 gestellt wird.
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Das am Infrarotdetektor 14 gewonnene Signal wird wie aus Fig. 4 ersichtlich,
von einem Vorverstärker 18 ver stärkt und über einen Hochpaßfilter 19, einen weiteren
Ver stärker 20 sowie ein Tiefpaßfilter 21 gleitet, um ein bestimmtes Frequenzband
herauszufiltern, welches der Drehgeschwindigkeit und dem mittleren Radius des Uberwachungsbereichs
angepaßt ist. Dieses Signal wird durch einen Analog.
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Digitalwandler 22 in ein digitales Signal umgewandelt. Mit Hilfe eines
Schieberegisters 23 wird das Signal für die Dauer einer Spiegelumdrehung verzögert
und gelangt als Signal un auf den Eingang 24 eines Digitalkomparators 25.
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Auf den anderen Eingang 26 des Digitalkomparators 25 wird ein Signal
un+l gegeben, welches an der Stelle 27 zwischen dem Analog-Digitalwandler 22 unddem
Schieberegister 23 abgenommen wird. Das verzögerte Signal am Eingang 24 des Digitalkomparators
25 entspricht jeweils der n-ten Umdrehung , das Signal am Eingang 26 der (n+l)-ten
Umdrehung
Wenn diese Signale verschieden sind, d.h. wenn sich zwischen
der n-teti tir1d (n+l)-ten Umdrehung des Planspiegels 6 an der Infrarot-Strahlungsverteilung
etwas geändert hat, d.h. wenn der Eindringling sich bewegt hat, tritt an dem Ausgang
28 des Digitalkomparators 25 ein Signal auf, welches zum Auslösen eines Alarms auf
der Leitung P oder zum Ansteuern einer Folgeeinrichtung auf der Leitung Q dienen
kann. Mit Hilfe einer digitalen Schweliwerteinstellung 29 werden Fehlalarme, verursacht
durch Rauschspannungen, ausgeschlossen.
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Um einen synchronen Zeitablauf in der ganzen Schaltungsanordnung
zu gewährleisten, werden der Analog-Digitaiwandler 22 und das Schieberegister 23
von einem gemeinsamen Taktgenerator 3o gesteuert, der seinerseits von der Erfassungseinrichtung
15 in direktetAbhängigkeit von der Spiegelumdrehung gesteuert wird. Der Taktgenerator
30 steuert noch die Antriebssteuerung 31 für den Motor 8 des Planspiegels 6 und
liefert außerdem auf der Leitung T den Takt für die noch zu beschreibende Positionssteuerung.
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In Fig. 4a ist eine abgewandelte AusfUhrungsform dargestellt, bei
der das Signal am Ausgang des Digitalkomparators 25 durch einen Digital-Analogwandler
32 in ein analoges Signal umgewandelt wird, welches nach entsprechender Verstärkung
auf eine Leitung P' für den Alarm bzw. auf eine Leitung Q' Q' für die Positionssteuerung
gelangt. Auch hier werden Fehlalarme durch Rauschspannungen durch eine Schwellwerteinstellung
33 unterdrückt.
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Das Taktsignal auf der Leitung T triggert mit einem der Nullposition
des Planspiegels 6 entsprechenden Signal einen Sägezahngenerator 35 (Fig. 5) der
somit eine der Umdrehungs~zaM~-des-Spiegels entsprechende Frequenz hat. Die Höhe
der in einem bestimmten Augenblick am Ausgang 36 des SEgezahngenerators 35 erreichten
Spannung gibt somit die in diesem Augenblick vorliegende Drehstellung des Planspiegels
6 und damit die Richtung des in dem Augenblick vorliegenden Einfallsstrahls an.
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Wenn nun auf der Leitung Q ein Signal vorliegt, d.h. wenn ein Eindringling
ermittelt worden ist, wird die in diesem Augenblick am Ausgang 36 vorliegende Spannung
auf einen Speicher 37 gegeben und dort gehalten. Diese Spannung gelangt auf einen
Verstärker 38, an dem über den Widerstand 39 der Verstärkungsbereich und den Spannungsteiler
40 die Nullposition einstellbar ist. Das am Ausgang 41 des Verstärkers 38 auftretende
Signal gelangt auf den Servoverstärker 42 der einen Schwenkkopf 43 steuert, dessen
augenblickliche Positionsinformation über die Leitung 44 auf den Servoverstärker
42 rückgeführt wird. Der Schwenkkopf 43 schwenkt also solange, bis das Signal auf
der Leitung 44 dem Signal am Ausgang 41 gleich ist.
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Die dann erreichte Stellung entspricht der Winkelstellung des Planspiegels
6, bei der das Signal auf der Leitung Q aufgetreten ist. Der Schwenkkopf kann einen
Scheinwerfer oder eine Fernsehkamera oder ein ähnliches Gerät bewegen, welches dann
automatisch auf die Stelle gerichtet wird, von der die Infrarotstörung ausging und
an der sich also der Eindringling aufhält.
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Der Servoverstärker 42 und der Schwenkkopf 43 bilden zusammen eine
Folgeeinrichtung 45.
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Um zu verhindern, daß mehrere Alarme, die zur gleichen Zeit oder
kurz hintereinander aus verschiedenen Richtungen kommen, den Schwenkkopf 43 fehlsteuern,ist
in die Leitung Q ein UND-Glied 46 eingeschaltet, welches nur dann das Signal auf
der Leitung Q zum Speicher 37 durchläßt, wenn gleichzeitig auf der Leitung (Z) ein
Signal ansteht. Dieses Signal kennzeichnet den Winkelsektor, aus dem der Alarm zuerst
gekommen ist.
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Nur aus diesem Sektor kommende Signale werden auf diese Weise weiter
verabeitet.
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In Fig. 6 ist eine digitale Steuerung des Schwenkkopfes dargestellt,
bei der der Sägezahngenerator 56 durch einen digitalen Zähler 56 ersetzt ist, der
durch das im Nulldurchgang des Planspiegels 6 entsprechendes Signal auf der Leitung
T jeweils auf Null zurückgestellt wird. Der in einem bestimmten Augenblick, wenn
auf der Leitung Q ein Signal vorliegt, vorhandene Zählwert wird in dem Speicher
47 gespeichert und festgehalten. Das entsprechende Signal gelangt von dem Ausgang
48 des Speichers 47 auf einen digitalen Komparator 49, der über einen Servoverstärker
50 den ScS enkkopf 43 steuert, dessen Signal über die Leitung 51 in den digitalen
Komparator 49 rückgeführt wird, so daß sich der Schwenkkopf bewegt, bis am Ausgang
des digitalen Komparators 49 ein Nullsignal auftritt.