DE3232924A1

DE3232924A1 - Strahlungsdetektoranordnung

Info

Publication number: DE3232924A1
Application number: DE19823232924
Authority: DE
Inventors: John Lindsey Edinburgh Scotland Galloway; Ian Alexander West Lothian Scotland Owers
Original assignee: Racal Security Ltd
Current assignee: Carrier Fire and Security UK Ltd
Priority date: 1981-09-10
Filing date: 1982-09-04
Publication date: 1983-03-24
Also published as: FR2512591A1; GB2105460A

Description

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RACAL SECURITY LIMITED
Lochend Industrial Estate
Newbridge, Midlothian EH28 8LP
Schottland /Großbritannien

" Strahlungsdetektoranordnung "

Die Erfindung betrifft eine Strahlungsdetektoranprdnung, etwa eine solche zum Erfassen von Infrarotstrahlung .

Infrarotstrahlungsdetektoren sind bekannt in Form von pyroelektrischen Elementen, etwa aus pyroelektrischem keramischem Material, pyröslektrischer Plastikfolie oder kristallinem Material wie Lithiumtantalat oder in Form von Thermoelementen oder Thermistoren, die auf Infrarotstrahlung durch Erzeugung eines elektrischen Ausgangs, etwa einer elektrischen Spannung, ansprechen. Derartige Detektoren werden für eine Vielzahl von Zwecken verwendet, beispielsweise können sie beim Raumschutz zum Feststellen von Infrarotstrahlung oder Änderungen in der Infrarotstrahlung durch Eindringen von Gegenständen verwendet werden.

Ein Problem bei derartigen Infrarotdetektoren besteht darin, daß sie empfindlich gegen Änderungen in Umgebungsparametern, etwa Umgebungstemperatur, Druck, Feuchtigkeit oder dgl. sind, und daß solche Änderungen der Umgebungsparameter bewirken können, daß die Anordnung einen unechten Ausgang oder eine

unechte Änderung des Ausgangs hervorruft.

Es ist bekannt, die Detektoreinrichtungen paarweise, elektrisch in Gegenschaltung miteinander verbunden, zu verwenden, so daß Änderungen in den Umgebungsparametern beide Detektoreinrichtungen im wesentlichen gleich beeinträchtigen, wobei sich die resultierenden Ausgänge oder Ausgangsänderungen gegeneinander aufheben. Die Detektoreinrichtungen bleiben fähig, festzustellende Infrarotstrahlung wahrzunehmen (beispielsweise resultierend von

1.G Unbefugten) , da die Anordnung derart getroffen werden kann, daß diese Strahlung nicht gleichzeitig auf beide Detektoreinrichtungen fällt, sondern erst auf die erste und dann auf die zweite. Jedoch besteht ein Nachteil einer solchen Anordnung darin, daß sie eine relativ geringe Empfindlichkeit bezüglich der festzustellenden Infrarotstrahlung aufweist, insbesondere angesichts der geometrischen Anordnung der Detektoren. Wenn beispielsweise ein Unbefugter in das Sichtfeld von beiden Detektoren gelangt, werden die Detektorausgänge sich sofort gegeneinander aufheben und seine Anwesenheit nicht festgestellt werden.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Strahlungsdetektoranordnung entsprechend Anspruch 1, wodurch der genannte Nachteil beseitigt wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den ünteransprüchen zu entnehmen .

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der beigefügten Abbildung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die dargestellte Infrarotdetektoranordnung 8 umfaßt eine Büchse 10, die zwei im wesentlichen identische Infrarotdetektoreinrichtungen 12 und 14 enthält. Jede Detektoreinrichtung 12, 14 kann einen Oberflächenbereich von etwa 2 χ 1 mm aufweisen, wobei die beiden Einrichtungen beispielsweise um etwa 1 mm voneinander getrennt sind.

In diesem Ausführungsbeispiel bestehen die Detektoreinrichtungen 12, 14 aus pyroelektrischem keramischem Material, das mit jeweils zwei Elektroden verbunden ±st. Jede Detektoreinrichtung 12, 14 spricht auf Änderungen in der Infrarotstrahlung durch Erzeugen einer elektrischen AusgangsSpannung einer vorbestimmten Polarität an; wenn die Strahlungsänderung beendet ist, fällt die Äusgangsspannung auf null.

Oberhalb der Detektoreinrichtupger 12 und 14 ist ein Fenster 16 angeordnet, das beispielsweise aus Germanium. oder Silizium besteht und das für sichtbares Lichtopak, jedoch für Infrarotstrahlung durchlässig ist. Jedoch ist der Teil des Fensters 16 über der Detektoreinrichtung 12 für Infrarotstrahlung mit Hilfe einer geeigneten Abdeckung öder Beschichtung 14 opak gemacht, etwa durch einen Streifen, der in gutem thermischen Kontakt mit dem Fenster 16 angeordnet ist.

Jede Detektoreinrichtung 12,14 kann als Spannungsquelle betrachtet werden und die beiden Detektoreinrich- tungen 12 und 14 sind elektrisch (durch nicht dargestellte Verbindungsleitungen) miteinander in Gegenschaltung angeordnet, so daß die Spannungsausgänge, die sie in Ansprache auf Infrarotstrahlung erzeugen, entgegengesetzt zueinander sind. Die Anordnung besitzt Ausgangsanschlüsse 20, 22.

im Betrieb wird die Anordnung 8 derart positioniert, daß das Fenster 16 auf den Bereich gerichtet ist, in dem Infrarotstrahlung, die festgestellt werden soll, erwartet wird. Irgendwelche derartige Infrarotstrahlung passiert den nicht abgedeckten Abschnitt des Fensters 16, um auf die Detektoreinrichtung 14 zu fallen. Die Abdeckung 18 verhindert, daß irgendwelche derartige Strahlung auf die Detektoranordnung 12 fällt. Daher wird die Detektoranordnung 14 ein elektrische Ausgangssignal in Ansprache auf irgendeine Änderung in der empfangenen Strahlung erzeugen und, da die Detektoreinrichtung 12 keinen ent-

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sprechenden Ausgang in entgegengesetzter Richtung erzeugt, wird das Ergebnis in der Erzeugung eines Signals an den Anschlüssen 20, 22 bestehen.

Irgendwelche Änderungen in den Umgebungsparametern wie die Umgebungstemperatur, Druck oder Feuchtigkeit oder dgl., die von solcher Art sind, daß sie den Ausgang der Detektoreinrichtungen 12, 14 beeinträchtigen, werden jede Detektoreinrichtungen 12 und 14 im wesentlichen gleich beeinträchtigen. Dies ist deshalb der Fall, weil die Verdunkelung, die durch den Streifen 18 geliefert wird, nur •die Transmission von Infrarotstrahlung zur Detektoreinrichtung 12 verhindert, dagegen nicht die Transmission zu der Detektoreinrichtung 12 der Wirkung irgendeines Umgebungsparameter verhindert, die auf an.iere Weise durch das Fenster 16 hindurchgelangt. Daher bewirken Änderungen in den Umgebungsparametern, die den Ausgang der Detektoreinrichtungen 12 und 14 beeinträchtigen, bei jeder dieser Einrichtungen die Erzeugung eines elektrischen Ausgangs von im wesentlichen dem gleichen Wert, jedoch entgegengesetzte: Polarität, so daß der Gesamtausgang zwischen den Anschlüssen 20 und 22 sich nicht ändert.

Das Ergebnis besteht darin, daß die Anordnung gemäß Fig. 1 eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Infrarotstrahlung, die festzustellen ist, jedoch nur eine geringe Neigung für Beeinflussungen durch Änderungen in den Umgebungsparametern besitzt. Wenn nur eine einzige Detektoreinrichtung verwendet würde, würden irgendwelche Änderungen in den Umgebungsparametern nicht korrigiert und unmittelbar am Ausgang erscheinen.Andererseits wurde gefunden, daß Anordnungen, in denen zwei Detektor vorhanden sind, die elektrisch gegen gegensinnig gepolt verbunden sind, wobei beide die festzustellende Infrarotstrahlung empfangen, nur geringe Empfindlichkeit besitzen, da unvermeidbar in der Praxis einiges der Strahlung, die auf einem der Detektoren fällt, auch auf den anderen fällt, obwohl die Anordnungen

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derart angeordnet sind, daß sie so arbeiten, daß die festzustellende Strahlung nur einen der beiden Detektoren zur gleichen Zeit beeinträchtigt (erst einen Detektor, dann den anderen, wenn die Quelle für Infrarotstehlung an der Anordnung vorbeiläuft). Wegen der gegenpoligen Anordnung, in der die beiden Detektoreinrichtungen elektrisch miteinander verbunden sind, ergibt sich eine Reduktion im Gesamtausgang.

Es wurde gefunden, daß die Vorteile, die mit der dargestellten Anordnung erzielt werden, nicht erreicht werden, wenn die Detektoreinrichtung 12 abgeschirmt wird, indem zwischen dieser und dem Fenster 16 oder auf der Oberfläche der Detektoreinrichtung 12 eine Abschirmung angebracht wird. Ein derartiges Abschirmen reduziert den Effekt von Umgebungsänderungen auf diesen Detektor, die außerhalb des Gehäuses 10 stattfinden im Vergleich mit ihrer Wirkung auf den anderen Detektor. Daher wird die 'Anordnung empfindlich gegenüber Umgebungsänderungen. Die Abschirmung sollte daher derart angeordnet werden, daß sie durch die Transmission von Umgebungsänderungen, die außerhalb des Gehäuses 10 und in der Nähe hiervon stattfinden, nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Eine derartige Abschirmung kann auf der Innenseite des Fensters 16 angebracht werden. Obwohl die beschriebene Anordnung unter Verwendung von Detektoreinrichtungen 12 und 14 in Form von pyroelektrischen keramischen Elementen beschrieben wurde, ist es nicht notwendig, daß diese eine solche Form besitzen. Stattdessen können auch andere geeignete Elemente verwendet werden, die einen elektrischen Ausgang in Ansprache auf die festzustellende Strahlung erzeugen. Beispielsweise können pyroelektrische Plastikfolien oder kristalline Formen, etwa aus Lithiumtantalat, verwendet werden. Stattdessen können sie aber auch in Form von Thermoelementen oder oder Thermistoren eingesetzt werden. Sie können elektrisch in Gegenschaltung in irgendeiner Weise verbunden sein.

Beispielsweise können sie mit entgegengesetzten Eingängen eines geeigneten Verstärkers verbunden sein oder der Ausgang des einen kann invertiert und zum Ausgang des anderen addiert werden.

Das Abschirmen des Detektors 12 kann in anderer Weise erreicht werden. Beispielsweise kann das Fenster 16 selbst umgestaltet werden. Beispielsweise könnte das Fenster 16 nur über der Detektoreinrichtung 14 angeordnet sein, solange wie das Material, das die Detektoreinrichtung 12 bedeckt, fähig ist, äußere ümgebungsänderungen ',. zum.. Detektor 12 in im wesentlichen'gleicher V7eise durch- , ■ zulassen, in der sie zum Detektor Ϊ4, durchgelassen"werden> während jedoch die festzustellende Strahlung nicht zum Detektor 12 durchgelassen wird.

Claims

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1.J Strahlungsdetektoranordnung mit zwei auf Strahlung ansprechenden Einrichtungen, die jeweils ein elektrisches ^f" Ausgangssignal vorbestimmter Polarität in Ansprache auf

den Empfang der festzustellenden Strahlung liefern, wobei die beiden auf Strahlung ansprechenden Einrichtungen elektrisch in Gegenschaltung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Strahlung ansprechenden Einrichtungen (12,14) derart angeordnet sind, daß eine hiervon (14) die festzustellende Strahlung frei empfangen IG kann, während die andere (12) am Empfang dieser Strahlung gehindert ist, wobei jedoch beide Einrichtungen (12,14) frei auf Änderungen bezüglich anderer äußerer Umgebungsparameter ansprechen können, während die elektrische Verbindung der Einrichtungen (12,14) derart gewählt ist, daß -_f 15 ein elektrischer Ausgang in Abhängigkeit vom Empfang der ■q .festzustellenden Strahlung erzeugt wird, jedoch im wesentlichen kein elektrischer Ausgang in Abhängigkeit zu Änderungen der Umgebungsparameter.

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2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einrichtung (12,14) eine Infrarotstrahlungsdetektoreinrichtung ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß jede Einrichtung (12,14) aus pyroelektrischem keramischen Material besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einrichtung (12,14) aus Lithiumtantalat besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, -.10 daß jede Einrichtung (12,14) aus einem pyroelektrischem ^:-·. ^;'ώ Plastikfilm besteht.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Abdeckung (14) umfaßt, die für die festzustellende Strahlung durchlässig ist, wobei die beiden Einrichtungen (12,14) auf einer Seite der Abdeckung (16) angeordnet sind, während eine Abschirmung (18) zur Abschirmung der Abdeckung (16) auf einer ihrer beiden Oberflächen über einer Einrichtung (12), die andere Einrichtung (14) nicht abschirmend angeordnet ist, so daß die Einrichtung (12) keine festzustellende Strahlung empfangen kann.

7. Auf Infrarotstrahlung ansprechende Anordnung mit zwei pyroelektrischen auf Infrarotstrahlung ansprechenden Einrichtungen, die elektrisch in Gegenschaltung miteinander verbunden sind, einem Fenster aus einem Material, das Infrarotstrahlung durchläßt, über den beiden Einrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Fenster (16) eine Abschirmung (18) , die im wesentlichen für Infrarotstrahlung undurchlässig ist, angeordnet ist, um die Transmission von Infrarotstrahlung zu einer der Einrichtungen (12), jedoch nicht zu der anderen Einrichtung (14) zu blockieren, wobei der Empfang von Infrarotstrahlung das Fenster (16) durch die andere Einrichtung (14) bewirkt, daß die Anordnung (8) einen resultierenden elektrischen Ausgang erzeugt, jedoch Änderungen in anderen äußeren Umgebungsparametern,

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die auf beide Einrichtungen (12,14) einwirken, resultierende elektrische Ausgänge der Einrichtungen (12,14) erzeugen, die entgegengesetzt sind und sich aufheben.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Infrarotstrahlung durchlässige Material Germanium oder Silizium ist.