DE10049543B4

DE10049543B4 - Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder

Info

Publication number: DE10049543B4
Application number: DE2000149543
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Wehlmann; Frank Mathejczyk; Friedhelm Dipl.-Ing. Holtz
Original assignee: Insta Elektro GmbH and Co KG
Current assignee: Insta GmbH
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2020-10-07
Also published as: DE10049543A1

Abstract

Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder mit einer auf einer Leiterplatte angeordneten, zumindest zwei Sensorelemente aufweisenden Sensoranordnung und einer der Sensoranordnung vorgelagerten Fresnellinsenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Sensorelemente (3) der Sensoranordnung in Bezug auf die Hauptfläche (8) der Leiterplatte (2) unter einem Neigungswinkel von kleiner 90° angeordnet sind, und dass zumindest eines der Sensorelemente (3) in Bezug auf die Erfassungskeule (14, 15, 16) eines anderen Sensorelementes (3) derart gedreht angeordnet ist, so dass sich die Zentralachsen (11, 12, 13) der Erfassungskeulen (14, 15, 16) von zumindest zwei Sensorelementen (3) im Innenraum des Gehäuses (1) vor der Fresnellinsenanordnung kreuzen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder werden zur Überwachung eingesetzt um z. B. die Anwesenheit von Menschen im Erfassungsbereich festzustellen, die Wärme in Form von Infrarotstrahlen abgeben. Solche Bewegungsmelder haben üblicherweise einen Signalgeber, der Schaltsignale aussendet um z. B. eine Lichtquelle, eine Warnanlage usw. einzuschalten.
Durch die US 5.107.120 ist ein dem Oberbegriff des Hauptanspruches entsprechender Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder bekannt geworden. Dieser, für einen Erfassungsbereich von 180° vorgesehene Bewegungsmelder, weist eine mehrere Sensorelemente aufweisende Sensoranordnung und eine der Sensoranordnung vorgelagerte Fresnellinsenanordnung auf. Von den Sensorelementen werden unmittelbar die im Erfassungsbereich auftretenden Wärmestrahlen erfasst. Durch eine solche Anordnung der Sensorelemente werden in Übergangsbereichen jedoch unscharfe Abbilder produziert, da die für das entsprechende Linsenelement der Fresnellinsenanordnung gewählte Brennweite für die Sensorelemente gemittelt werden muss. Durch diese Unschärfe ergeben sich bei der Erkennung von Bewegungen am jeweiligen Sensorelement verwaschene Flanken, was zu einer verschlechterten Signalauswertung führt. Des Weiteren wird pro Linsensegment nur ein einziger Erfassungssektor im Erfassungsbereich erzeugt. Außerdem sind die Abmessungen eines solchermaßen ausgeführten Bewegungsmelder im Vergleich zur Dichte des abgedeckten Erfassungsbereiches relativ groß.
Des Weiteren ist durch die DE 198 22 053 A1 eine Fresnellinsenanordnung für PassivInfrarot-Bewegungsmelder bekannt geworden, deren Linsenanordnung Segmente mit mindestens zwei optischen Brennweiten zum Produzieren von vergleichsweise scharfen Abbildern aufweist.
Außerdem ist durch die EP 0 080 114 A1 ein Strahlungsdetektor mit mehreren Sensorelementen bekannt geworden, der Strahlung mit Hilfe optischer Mittel aus mehreren Sichtfeldern empfangen kann. Dabei werden die Ausgangssignale der Sensorelemente mit unterschiedlichen Vorzeichen so summiert, dass sie sich bei gleichmäßiger Bestrahlung der Sensorelemente wenigstens annähernd gegenseitig aufheben, wobei die Empfangsbereiche der einzelnen Sensorelemente unterschiedliche Empfindlichkeitsverteilungen, über den gesamten Raumwinkel betrachtet, aufweisen.
Zudem ist durch die US 4 769 545 A ein Infrarotbewegungsmelder bekannt geworden, welcher ein optisches System aufweist, und welcher mit einer für Strahlung empfindlichen Sensorfolie ausgerüstet ist.
Des weiteren ist durch die DE 198 21 302 A1 ein Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder bekannt geworden, bei dem durch wahlweise Bestückung mit Infrarotdetektoren und Spiegeln anforderungsspezifische Ausbaustufen ermöglicht sind. Der Bewegungsmelder enthält eine Hauptleiterplatte, die mit einem Multifunktionsmodul verbunden ist, das aus einem Kunststoffhalter mit darin eingesteckten Detektorleiterplatten besteht und mit aufsteckbaren Spiegelanordnungen ergänzbar ist.
Außerdem ist durch die DE 38 03 278 A1 ein Infrarotbewegungsmelder bekannt geworden, dessen Infrarotstrahlungsempfänger mindestens zwei Empfangsflächen aufweist, die einen Winkel miteinander einschließen, der größer als 180 Grad ist, um den Raum zu vergrößern, der mit einem einzigen Signalgeber überwacht werden kann.
Ausgehend von einer solchen Ausgestaltung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder zu schaffen, welcher bei vergleichsweise kompakten Abmessungen seines Gehäuses einen optisch besonders dichten Erfassungsbereich abdeckt, wobei die Erzeugung besonders scharfer Abbilder von Strahlengängen auch in den Übergangsbereichen der Fresnellinsenanordnung realisiert ist. Somit ist eine besonders sichere Erfassung der auftretenden Wärmestrahlung und damit eine gute Signalauswertung gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhaft bei einer derartigen Ausgestaltung ist, dass durch die Anordnung und Ausrichtung der Sensorelemente eine Brennweitenverlängerung bei vergleichsweise geringen Gehäuseabmessungen realisiert ist. Außerdem ist ein großer Erfassungsbereich von ca. 220° und die Rückfelderfassung allein durch die Art und Weise der Anordnung und Ausrichtung der Sensorelemente auf der Hauptfläche der Leiterplatte in Verbindung mit der Fresnellinsenanordnung, also ohne zusätzliche Maßnahmen, realisiert. Darüber hinausgehend ist besonders vorteilhaft, dass sich über große Bereiche der Fresnellinsenanordnung pro Linsensegment mehrere Erfassungssektoren ausbilden, weil ein und das selbe Linsensegment von mehreren Sensorelementen ausgenutzt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Anhand eines Ausführungsbeispieles wird der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert und zwar zeigen:
1: prinziphaft den Bewegungsmelder in der Draufsicht ohne Deckelteil mit Darstellung der Erfassungskeulen und Zentralachsen der Sensorelemente;
2: prinziphaft den Bewegungsmelder in perspektivischer Darstellung;
3: prinziphaft den Bewegungsmelder in einer weiteren perspektivischen Darstellung mit eingezeichneten Zentralachsen der Erfassungskeulen der Sensorelemente.
Wie aus den Figuren hervorgeht, besteht ein solcher Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder im wesentlichen aus einem becherförmigen Gehäuse 1, einer innerhalb des Gehäuses 1 festgelegten Leiterplatte 2 und einer Sensoranordnung mit drei Sensorelementen 3, welche über einen Haltesockel 4 an der Leiterplatte 2 festgelegt sind.
Wie des weiteren aus den Figuren hervorgeht, ist in das becherfömige Gehäuse 1 einstückig eine Fresnellinsenanordnung eingeformt. Ein erster Linsenbereich 5 der Fresnellinsenanordnung erstreckt sich bei Ausnutzung etwa der gesamten Gehäusehöhe über einen Mantelflächenabschnitt von 235° des Gehäuses 1. Ein zweiter Linsenbereich 6 deckt angrenzend an den ersten Linsenbereich 5 etwa die Hälfte der runden Bodenfläche des Gehäuses 1 ab. Sowohl der erste Linsenbereich 5 als auch der zweite Linsenbereich 6 besteht aus mehreren Linsenspuren. Jede der Linsenspuren weist wiederum mehrere Linsensegmente 7 auf. Zumindest einige der Linsensegmente 7 weisen ausbildungsbedingt mehrere optische Brennweiten auf. Wie insbesondere aus 2 und 3 hervorgeht, weist der Mantelflächenabschnitt, gemäß erstem Linsenbereich 5 des Gehäuses 1, vier Linsenspuren und der in der Bodenfläche des Gehäuses 1 vorhandene zweite Linsenbereich 6 drei Linsenspuren auf.
Wie des weiteren aus 2 und 3 hervorgeht, sind die drei Sensorelementen 3 gemeinsam auf dem an der Hauptfläche 8 der Leiterplatte 2 befestigten Haltesockel 4 angeordnet. Der Haltesockel 4 weist eine mittlere schlotartige Erhebung 9 und zwei äußere schlotartige Erhebungen 10 auf. Die beiden äußeren schlotartigen Erhebungen 10 sind länger als die mittlere schlotartige Erhebung 9 ausgeführt. Die freien Enden der schlotartigen Erhebung 9, 10 sind als Halteflächen ausgebildet, welche die Ausrichtung der darauf festgelegten Sensorelemente 3 bestimmen. Jeweils eine schlotartige Erhebung 9, 10 ist jeweils mit einem Sensorelement 3 bestückt. Die drei Sensorelemente 3 sind damit in einer Reihe nebeneinanderliegend über den Haltesockel 4 auf der Hauptfläche 8 der Leiterplatte 2 angeordnet.
Die Haltefläche der mittleren schlotartigen Erhebung 9 ist in einem Neigungswinkel von etwa 25°, bezogen auf die Hauptfläche 8 der Leiterplatte 2, ausgerichtet. Die Halteflächen der beiden äußeren schlotartigen Erhebung 10 sind ebenfalls jeweils in einem Neigungswinkel von etwa 25°, bezogen auf die Hauptfläche 8 der Leiterplatte 2, ausgerichtet. Außerdem sind die Halteflächen der beiden äußeren schlotartigen Erhebung 10 jeweils um einen Drehwinkel von etwa 50° derart gedreht ausgerichtet, so dass die beiden Halteflächen der äußeren schlotartigen Erhebungen 10 einander zugewandt sind. Eine solche Anordnung der drei Sensorelemente 3 führt dazu, wie insbesondere aus 1 und 3 hervorgeht, dass sich die Zentralachsen 11, 12, 13 der Erfassungskeulen 14, 15, 16 der drei Sensorelemente 3 bereits im Innenraum des Gehäuses 1 vor dem Auftreffen auf die Fresnellinsenanordnung kreuzen. Dies hat in vorteilhafter Art und Weise eine Brennweitenverlängerung und die Erzeugung besonders scharfer Abbilder von Strahlengängen auch in den Übergangsbereichen der Fresnellinsenanordnung zur Folge. Außerdem ist dadurch realisiert, dass eine große Anzahl von Linsensegmenten 7 zweifach bzw. dreifach von den drei Sensorelementen 3 genutzt werden. Pro Linsensegment 7 werden dadurch zwei bzw. drei Erfassungssektoren im Erfassungsbereich ausgebildet.
Bedingt durch die tieferliegende Anordnung des mittleren Sensorelementes 3, wegen der kürzeren Gestaltung der mittleren schlotartigen Erhebung 9 und seiner Ausrichtung unter einem Neigungswinkel von ca. 25°, bezogen auf die Hauptfläche 8 der Leiterplatte 2, ist eine gute Rückfelderfassung auf einfache Art und Weise realisiert. Das mittlere Sensorelement 3 trägt die Hauptarbeit der Rückfelderfassung, wohingegen die beiden äußeren Sensorelemente 3 lediglich ergänzend zur Rückfelderfassung beitragen. Vorteilhaft ist weiterhin, dass alle elektrischen/elektronischen Bauteile lediglich auf der Hauptfläche 8 der Leiterplatte 2 angeordnet sind, was zu Kosten- und Bauraumersparnissen führt.
Insgesamt ist ein Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder entstanden, der insgesamt bei vergleichsweise kompakten Abmessungen und einfachem Aufbau, einen optisch besonders dichten Erfassungsbereich abdeckt. Dies ist insbesondere deshalb der Fall, weil durch die Anordnung und Ausrichtung der Sensorelemente 3 auf der Leiterplatte 2 in besonders vorteilhafter Art und Weise eine Brennweitenverlängerung bei Erzeugung von besonders scharfen Abbildern von Strahlengängen realisiert ist und eine Mehrfachausnutzung der Linsensegmente 7 erfolgt.

Claims

Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder mit einer auf einer Leiterplatte angeordneten, zumindest zwei Sensorelemente aufweisenden Sensoranordnung und einer der Sensoranordnung vorgelagerten Fresnellinsenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Sensorelemente (3) der Sensoranordnung in Bezug auf die Hauptfläche (8) der Leiterplatte (2) unter einem Neigungswinkel von kleiner 90° angeordnet sind, und dass zumindest eines der Sensorelemente (3) in Bezug auf die Erfassungskeule (14, 15, 16) eines anderen Sensorelementes (3) derart gedreht angeordnet ist, so dass sich die Zentralachsen (11, 12, 13) der Erfassungskeulen (14, 15, 16) von zumindest zwei Sensorelementen (3) im Innenraum des Gehäuses (1) vor der Fresnellinsenanordnung kreuzen.
Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung insgesamt drei Sensorelemente (3) aufweist.
Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (3) in einer Reihe nebeneinander auf der Leiterplatte (2) angeordnet sind, und dass die beiden äußeren Sensorelemente (3) in Bezug auf das mittlere Sensorelement (3) jeweils um einen Drehwinkel von ca. 50° gedreht angeordnet sind.
Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (3) gemeinsam auf einem an der Leiterplatte (2) festgelegten Haltesockel (4) angeordnet sind.
Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Sensorelement (3) auf einer seine Ausrichtung realisierenden Haltefläche festgelegt ist.
Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Sensorelement (3) in Bezug auf die Hauptfläche (8) der Leiterplatte (2) auf einem tieferen Niveau als die beiden äußeren Sensorelemente (3) angeordnet ist.
Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass allein durch die Art und Weise der Anordnung der Sensorelemente (3) auf der Leiterplatte (2) in Verbindung mit der Fresnellinsenanordnung die Rückfelderfassung realisiert ist.