DE3540680C2 - Passiver Infrarot-Bewegungsempfänger mit Sensor für die Umgebungshelligkeit - Google Patents
Passiver Infrarot-Bewegungsempfänger mit Sensor für die UmgebungshelligkeitInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen passiven Infrarot-
Bewegungsempfänger mit einem die Infrarot-Strahlung
fokussierenden Element, insbesondere Fresnel-Linse, welches
die von einem Meßobjekt ausgehende Infrarot-Strahlung auf
einen Infrarot-Detektor fokussiert, der die Infrarot-
Strahlung in elektrische Signale umwandelt, und einem neben
dem Fokus des fokussierenden Elementes angeordneten
lichtempfindlichen Element zur Messung der
Umgebungshelligkeit, welches bei einer einstellbaren Schwelle
für die Umgebungshelligkeit ein Signal abgibt, wobei in Reihe
mit dem Infrarot-Detektor eine oder mehrere Verstärkerstufen
zur Verstärkung der schwachen, vom Infrarot-Detektor
kommenden Signale und zur Unterdrückung von Störungen (Netz-
bzw. Funkstörungen) geschaltet sind und an den Ausgang des
letzten Verstärkers eine Analog/Digitalwandler angeschlossen
ist, der die Größe des verstärkten Signals des Infrarot-
Empfängers mit einer einstellbaren Schwelle vergleicht und
ein Signal abgibt, sobald das Signal diese Schwelle
überschreitet, daß der Ausgang des Analog/Digitalwandlers an
einen Eingang einer UND-Verknüpfungsschaltung und der Ausgang
des lichtempfindliches Elementes ggf. über mehrere
Auswertestufen, die zusammen eine Dämmerungschalteranordnung
bilden, an den anderen Eigang der UND-Verknüpfungsschaltung
angeschlossen ist, daß an den Ausgang der UND-
Verknüpfungsschaltung nur dann ein Ausgangssignal abgegeben
wird, wenn an dem entsprechenden Eingang für den Infrarot-
Detektor und dem Eingang für das lichtempfindliche Element
ein Signal ansteht.
Durch die DE-OS 32 25 264 ist ein Infrarot-Bewegungsempfänger
bekanntgeworden, der eine Raumbeleuchtung in Abhängigkeit
von der Anwesenheit einer Person automatisch einschaltet.
Hierfür ist ein Infrarot-Detektor im Brennpunkt eines
fokussierenden Elementes vorhanden, welcher die
Körperstrahlung einer im Raum befindlichen Person empfängt.
Ferner ist ein Lichtsensor zur Messung der Raumbeleuchtung
vorhanden. Bei dieser Vorrichtung soll die Beleuchtung nur
dann eingeschaltet werden, wenn einerseits der Lichtsensor
eine ungenügende Raumbeleuchtung anzeigt und andererseits der
Infrarot-Detektor eine sich bewegende Person meldet.
Infrarot-Detektor und Lichtsensor sind also durch eine UND-
Verknüpfung zusammengeschaltet. Bei dieser bekannten
Vorrichtung ist jedoch nichts darüber zu entnehmen, ob nach
dem ersten Einschalten der Beleuchtung, d. h. der Infrarot-
Detektor hat eine sich bewegende Person gemeldet und der
Lichtsensor hat eine ungenügende Raumbeleuchtung angezeigt,
weitere Bewegungen bzw. Personen auch bei ausreichender
Beleuchtung erkannt werden, nämlich dann, wenn der
Lichtsensor das Licht mißt, das die Vorrichtung vorher
eingeschaltet hat.
In der US-PS 4 461 977 ist eine Beleuchtungssteuerung,
bestehend aus einem Lichtsensor und einem Anwesenheitsmelder,
beschrieben. Die Beleuchtungssteuerung besitzt eine
Vorrangschaltung mit einem Zeitgeber, der durch einen
manuellen Vorrangschalter ansteuerbar ist, mit dem für eine
bestimmte Zeitspanne die Funktion des Lichtsensors und des
Anwesenheitsmelders ausgesetzt werden kann.
Im einzelnen führt der Ausgang der Verknüpfungsschaltung von
Lichtsensor und Anwesenheitsmelder an einen Eingang eines
ODER-Gliedes und der Ausgang des Zeitgebers führt an den
zweiten Eingang des ODER-Gliedes. Der Vorrangschalter ist an
den Eingang des Zeitgebers und über einen Inverter an einen
Eingang eines UND-Gliedes angeschlossen, dessen anderer
Eingang mit dem Ausgang des ODER-Gliedes verbunden ist und
der Ausgang des UND-Gliedes über einen zweiten Inverter an
ein Relais angeschlossen ist, das die Beleuchtung ein- oder
ausschaltet. Wenn der Vorrangschalter offen ist, ist die
Beleuchtung ausgeschaltet, ist er geschlossen, wird der
Zeitgeber gestartet und die Beleuchtung für eine vorwählbare
Zeitspanne eingeschaltet. Der Ablauf der Zeitspanne wird
angezeigt, so daß ein Neustart möglich ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den eingangs
beschriebenen Infrarot-Bewegungsempfänger in seiner
Funktionsweise zu verbessern, insbesondere retriggerbar zu machen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Infrarot-
Bewegungsempfänger der eingangs gekennzeichneten Art durch
die im Kennzeichen des Hauptanspruches aufgeführten Maßnahmen
gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung besteht darin,
daß der Lastschalter geschlossen bleibt, solange der
Infrarot-Detektor Bewegungen erkennt, auch wenn das
lichtempfindliche Element sein vorher gemeldetes "Licht"
"sieht", d. h., wenn sich der Infrarot-Bewegungsempfänger in
der Nähe der angeschlossenen Leuchte befindet.
Gemäß Anspruch 2 wird verhindert, daß Störungen beim
Abschalten des Lastschalters, beispielsweise Schaltfunken am
Relais, ein erneutes Auslösen der empfindlichen
Auswerteelektronik bewirken. Es erfolgt also für eine gewisse
Zeit eine "Verriegelung" des Bewegungsempfängers. Dadurch ist
es möglich, relativ große Lasten zu schalten.
Gemäß Anspruch 3 läßt sich die Schwelle für das vom Infrarot-
Detektor kommende Signal auf einfache Weise einstellen.
Der Vorteil nach Anspruch 4 besteht darin, daß für den
optischen und optoelektronischen Teil des Bewegungsempfängers
eine gemeinsame Halterung und Justierung der Linse und des
Infrarot-Detektors erfolgen kann, so daß beim Einsetzen der
Fresnel-Linse einerseits und der Schaltungsträgerplatine
andererseits der richtige Abstand zwischen Fresnel-Linse und
Infrarot-Detektor automatisch hergestellt wird. Dadurch, daß
auf der Schaltungsträgerplatine, die den Infrarot-Detektor
trägt, auch noch die den Infrarot-Detektor nachgeschalteten
Verstärkerstufen angeordnet sind, können die sehr schwachen
elektrischen Signale des Infrarot-Detektors über eine kurze
Leitung dem Verstärker zugeführt werden, so daß auf die
Verbindungsleitung einwirkende Störungen vermindert werden.
Gemäß Anspruch 5 wird eine vormontierte Einheit der
optischen, optoelektronischen sowie elektrotechnischen
Baugruppen hergestellt.
Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung
des erfindungsgemäßen Bewegungsempfängers,
Fig. 2 eine explosionsartige Darstellung des mechanischen
Aufbaus des Bewegungsempfängers.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 der Zeichnung besteht aus dem
Infrarot-Detektor (3), einem dem Infrarot-Detektor (3) nachgeschalteten
Bandpaß (4) sowie einem dem Bandpaß nachgeschalteten Verstärker (5),
der an einem Fensterkomparator (6) angeschlossen ist.
Der Infrarot-Detektor (3) nimmt die Wärmestrahlung von Körpern auf
und wandelt sie in elektrische Signale um, die durch den Bandpaß (4)
gefiltert und wobei Störungen, die nicht von sich bewegenden Körpern
herrühren, z. B. Netzbrummspannungen oder Funkstörungen, unterdrückt
werden. Eine Verstärkung des entstörten Nutzsignals erfolgt
durch den Verstärker (5). Mit Hilfe des Fensterkomparators (6) wird
die Höhe des verstärkten Nutzsignals mit einer fest eingestellten
Schwelle verglichen und ein Signal abgegeben, wenn das Nutzsignal
diese Schwelle überschreitet.
Parallel zum Infrarot-Detektor (3) ist das lichtempfindliche
Element (7) angeordnet, das durch weitere nachgeschaltete, an sich
bekannte Baugruppen einen Dämmerungsschalter (8) mit einstellbarer
Ansprechschwelle (9) bildet, der bei einer einstellbaren
Umgebungshelligkeit ein Signal abgibt. Der Dämmerungsschalter (8)
ist stufenlos einstellbar und mit dem gleichen
Einsteller (9) auch abschaltbar, so daß der Infrarot-Detektor (3)
auch allein, z. B. bei Tageslicht, benutzt werden kann.
Der Ausgang (10) des lichtempfindlichen Elementes (7), bei dem es
sich um eine Fotodiode oder einen Fototransistor handeln kann, ist
an den ersten Eingang (11) einer UND-Verknüpfungsschaltung (12) und
der Ausgang (13) des Fensterkomparators (6) ist an den zweiten
Eingang (14) der UND-Verknüpfungsschaltung (12) angeschlossen. Die
UND-Verknüpfungsschaltung (12) gibt an ihrem Ausgang (15) nur dann
ein Signal ab, wenn die mit dem Einsteller (9) eingestellte
Umgebungshelligkeit erreicht ist und eine Bewegung vom Infrarot-
Detektor (3) erkannt wurde. Hierauf wird nachfolgend noch näher
eingegangen.
Die nachfolgende Schaltungsanordnung besteht aus der ODER-
Verknüpfungsschaltung (16), einer weiteren UND-Verknüpfungsschaltung
(17), einem ersten Zeitglied (18) mit Einsteller (19), einem zweiten
Zeitglied (20) und dem Lastschalter (21), bei dem es sich um ein
Relais handelt. Die Zusammenschaltung der einzelnen Baugruppen ist
wie folgt: Die ODER-Verknüpfungsschaltung (16) ist mit einem Eingang
(22) an den Ausgang (13) des Fensterkomparators (6), mit einem zweiten
Eingang (23) an den Ausgang (15) der UND-Verknüpfungsschaltung (12)
und mit einem dritten Eingang (24) an den Verknüpfungspunkt (25)
angeschlossen, an den ferner der nicht bezeichnete Ausgang des
Zeitgliedes (18), der nicht näher bezeichnete Eingang des Zeitgliedes
(20) sowie der Eingang (26) des Lastschalters (21) angeschlossen
sind. Der nicht näher bezeichnete Ausgang der ODER-Verknüpfungsschaltung
(16) ist mit einem Eingang (27) der UND-Verknüpfungsschaltung
(17) und dessen zweiter Eingang (28) mit dem Ausgang (29) des Zeitgliedes
(20) verbunden. Der Ausgang der UND-Verknüpfungsschaltung (17)
ist mit dem Eingang des Zeitgliedes (18) verbunden.
Die über den Ausgang des Zeitgliedes (18) und den Eingang (24) in
Abhängigkeit vom Schaltzustand des Lastschalters (21) gesteuerte
ODER-Verknüpfungsschaltung (16) stellt sicher, daß weitere Bewegungen
vom Infrarot-Detektor (3) erkannt werden können, auch wenn der
Dämmerungsschalter (8) das Licht "sieht", das vom Lastschalter (21)
eingeschaltet wurde. Durch die Retriggerbarkeit mit Hilfe der ODER-
Verknüpfungsschaltung (16) und dem Zeitglied (18) wird der Lastschalter
(21) solange geschlossen gehalten, wie der Infrarot-Detektor (3) in
seinem Ansprechbereich "Bewegungen" erkennt.
Mit Hilfe des Zeitgliedes (18) läßt sich die Einschaltdauer des
Lastschalters (21) bestimmen, nachdem die letzte Bewegung im
Überwachungsbereich erkannt wurde. Sie ist durch den Einsteller (9)
einstellbar, beispielsweise von 12 sec bis 12 min.
Durch die UND-Verknüpfungsschaltung (17) in Verbindung mit dem
Zeitglied (20) wird eine "Verriegelung" des Lastschalters (21) für
eine gewisse Zeit, z. B. für 2 Sekunden, erreicht, so daß Störungen,
die beim Abschalten des Lastschalters (21) entstehen können
(Schaltfunken am Relais), kein erneutes Auslösen der empfindlichen
Auswerteelektronik bewirken. Mit Hilfe der Spannungsversorgungsschaltung
(30, 31) wird aus der Netzspannung die Speisegleichspannung
für den Infrarot-Bewegungsempfänger erzeugt.
Die Fig. 2 zeigt den mechanischen Aufbau des Infrarot-Bewegungsempfängers.
Der als Aufputz-Gerät ausgebildete Infrarot-Bewegungsempfänger
besteht aus dem Gehäuseunterteil (32), dem Gehäuseoberteil
(33), einer ersten Schaltungsträgerplatine (34) mit den Baugruppen
(12, 16, 17, 18, 20, 21 und 30) und nicht dargestellten Anschlußklemmen.
Die Schaltungsträgerplatine (34) ist über die Leitung (35) verbunden
mit der zweiten Schaltungsträgerplatine (36), die die Baugruppen
(3, 4, 5, 6, 8 und 31) trägt.
Der Infrarot-Bewegungsempfänger enthält ferner ein Fresnel-Linsensystem
(37) in Form einer biegsamen Folie, z. B. aus Polyethylen, sowie einen
als Preß- oder Spritzteil ausgebildeten Fokussierrahmen (38) aus
Isolierstoff für die Halterung der Fresnel-Linsenfolie (37) und der
Schaltungsträgerplatine (36).
Die Schaltungsträgerplatine (34) ist mit dem Fokussierrahmen (38)
verbunden. Für die Halterung und Verbindung weist der Rahmen angeformte
Füße (40) auf, mit denen er sich auf der Schaltungsträgerplatine (34)
abstützt und mit Schrauben befestigt ist. Hierfür dienen die in der
Platine (34) vorgesehenen Bohrungen (41).
Insgesamt sind drei Füße (40) vorgesehen, von denen wegen der
Perspektive in Fig. 2 nur zwei sichtbar sind.
An der Vorderseite der Rahmenöffnung ist eine radiusförmige Aufnahme
(42) vorhanden, in welche die Fresnel-Linsenfolie (37) von der Rückseite
eingesetzt wird. Dabei legt sich die Folie an den Innenwandungen des
Radius an und rastet mit den nicht gekrümmten Längsseiten hinter nicht
näher bezeichnete Rastvorsprünge ein. Dadurch wird die Folie unter
Spannung in die Krümmung gedrückt und liegt an jeder Stelle bündig in
der Aufnahme an, so daß die Brennpunkte aller Einzellinsen des
Linsensystems in einem gemeinsamen Brennpunkt zusammenfallen.
Wie aus der Fig. 2 zu entnehmen ist, weist die Fresnel-Linsenfolie (37)
drei Linsenebenen auf, von denen die obere fünf, die mittlere vier und
die untere drei Einzellinsen hat. Somit ergeben sich zwölf
Ansprechzonen, die in verschiedenen horizontalen und vertikalen
Winkeln fächerartig gerichtet sind, so daß beispielsweise eine Person
in eine Ansprechzone eintreten kann, wodurch die durch die Bewegung
innerhalb der Ansprechzone hervorgerufene Änderung der Infrarot-
Strahlungsintensitiät zum Ein- und/oder Ausschalten der Beleuchtung
ausgewertet wird.
Die Vorderseite des Gehäuseoberteils (33) ist gegenüber der Vertikalen
geneigt. Entsprechend ist die Fresnel-Linsenfolie (37) der Neigung
angepaßt, indem die Aufnahme (42) ebenfalls geneigt ausgebildet ist.
Parallel zur Fresnel-Linsenfolie (37) ist die Schaltungsträgerplatine
(36) mit dem Infrarot-Detektor (3) in die hintere Rahmenöffnung des
Fokussierrahmens (38) eingesetzt und durch nicht näher bezeichnete
Rastelemente gehalten.
Die Schaltungsträgerplatine (34), der Fokussierrahmen (38) mit der
Fresnel-Linsenfolie (37) und der Schaltungsträgerplatine (36) bilden,
wie bereits vorstehend beschrieben, eine bauliche Einheit, die in das
Gehäuseunterteil (32) lose eingesetzt wird.
Die Schutzfolie (39) aus formstabilem, infrarot- und lichtdurchlässigem
Material hat eine muldenartige Form mit einem umlaufenden Dichtungsrand
(43). Sie wird mit dem Dichtungsrand in das Gehäuseoberteil (33)
eingelegt und stützt sich mit dem Rand auf einer umlaufenden Dichtkante
(44) in der Teilungsebene des Gehäuses ab. Zusätzlich kann noch
zwischen dem Dichtrand und der Dichtkante eine weichelastische, nicht
dargestellte Dichtung eingelegt werden. Die Schutzfolie (39) ist so
geformt, daß die Aufnahme (42) des Fokussierrahmens (38) in die Mulde
bündig hineinpaßt. Ferner ist die Innenseite des Oberteils (33) so
geformt, daß der Rücken der Schutzfolie (39) sich eng an die Innenkontur
des Oberteils (33) anlegt, wobei zwischen dem Fenster (45) und dem
Rücken ein möglichst geringer Spalt entsteht.
Auf der Schaltungsträgerplatine (34) sind jeweils an den Längsseiten
Stellglieder (9, 19) vorhanden für die Einstellung der Einschaltschwelle
des Dämmerungsschalters und der Einschaltdauer. Die Stellglieder (9, 19)
greifen mit ihren Betätigungsmitteln (46) in Führungsbohrungen (47)
von an den Füßen (40) angeformten Konsolen (48) ein. Die Konsolen (48)
können an den dem Gehäuseoberteil (33) zugewandten Seiten als
Skalenträger ausgebildet sein, die eine Helligkeits-Skala oder eine Zeit-Skala
aufweisen.
Claims (5)
1. Passiver Infrarot-Bewegungsempfänger mit einem die Infrarot-
Strahlung fokussierenden Element, insbesondere Fresnel-Linse,
welches die von einem Meßobjekt ausgehende Infrarot-Strahlung
auf einen Infrarot-Detektor fokussiert, der die Infrarot-
Strahlung in elektrische Signale umwandelt, und einem neben dem
Fokus des fokussierenden Elementes angeordneten lichtempfindlichen
Element zur Messung der Umgebungshelligkeit, welches bei einer
einstellbaren Schwelle für die Umgebungshelligkeit ein Signal
abgibt, wobei in Reihe mit dem Infrarot-Detektor eine oder
mehrere Verstärkerstufen zur Verstärkung der schwachen, vom
Infrarot-Detektor kommenden Signale und zur Unterdrückung von
Störungen (Netz- bzw. Funkstörungen) geschaltet sind und an den
Ausgang des letzten Verstärkers ein Analog/Digitalwandler
angeschlossen ist, der die Größe des verstärkten Signals des
Infrarot-Empfängers mit einer einstellbaren Schwelle vergleicht
und ein Signal abgibt, sobald das Signal diese Schwelle
überschreitet, daß der Ausgang des Analog/Digitalwandlers an
einem Eingang einer UND-Verknüpfungsschaltung und der Ausgang
des lichtempfindlichen Elementes ggf. über mehrere Auswertestufen,
die zusammen eine Dämmerungsschalteranordnung bilden, an den
anderen Eingang der UND-Verknüpfungsschaltung angeschlossen ist,
daß an dem Ausgang der UND-Verknüpfungsschaltung nur dann ein
Ausgangssignal abgegeben wird, wenn an den entsprechenden Eingang
für den Infrarot-Detektor und den Eingang für das lichtempfindliche
Element ein Signal ansteht, dadurch gekennzeichnet, daß der UND-
Verknüpfungsschaltung (12) eine ODER-Verknüpfungsschaltung (16)
und der ODER-Verknüpfungsschaltung (16) ein Zeitglied (18)
nachgeschaltet ist, dessen Ausgang an einen Lastschalter (21)
angeschlossen ist, daß der Ausgang (15) der UND-Verknüpfungsschaltung
(12) an einen Eingang (23) der ODER-Verknüpfungsschaltung
(16), der Ausgang (13) des Analog/Digitalwandlers (6)
an einen anderen Eingang (22) der ODER-Verknüpfungsschaltung (16)
und der Ausgang des Zeitgliedes (18) an einen weiteren Eingang
(24) der ODER-Verknüpfungsschaltung (16) angeschlossen ist.
2. Passiver Infrarot-Bewegungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der ODER-Verknüpfungsschaltung (16)
und dem Zeitglied (18) eine weitere UND-Verknüpfungsschaltung (17)
geschaltet ist, die mit einem Eingang mit dem Ausgang der ODER-
Verknüpfungsschaltung (16) und mit dem Ausgang an den Eingang des
Zeitgliedes (18) angeschlossen ist, daß der Ausgang des Zeitgliedes
(18) mit dem Eingang eines zweiten Zeitgliedes (20) verbunden ist,
dessen Ausgang (29) an den zweiten Eingang (28) der UND-
Verknüpfungsschaltung (17) angeschlossen ist.
3. Passiver Infrarot-Bewegungsempfänger nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Analog/Digitalwandler (6) als
Fensterkomparator ausgebildet ist.
4. Passiver Infrarot-Bewegungsempfänger mit einem die Infrarot-
Strahlung fokussierenden Element, insbesondere Fresnel-
Linsensystem, bestehend aus einer radiusförmig gekrümmten Folie,
die so angeordnet ist, daß die Brennpunkte aller Fresnel-Linsen
in einem gemeinsamen Brennpunkt zusammenfallen, in dem der
Infrarot-Detektor angeordnet ist, nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarot-Detektor (3), die
Verstärkergruppe (4, 5), ggf. der Analog/Digitalwandler (6) und
das lichtempfindliche Element (8) auf einer gemeinsamen
Schaltungsträgerplatine (36) angeordnet sind und die Schaltungsträgerplatine
(36) in einem die Fresnel-Linsenfolie (37)
tragenden und die Krümmung der Folie festlegenden Fokussierrahmen
(38) so eingesetzt ist, daß der Infrarot-Detektor (3) im
Brennpunkt der Fresnel-Linsen liegt.
5. Passiver Infrarot-Bewegungsempfänger nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Fokussierrahmen (38) mit Füßen (40) auf
einer die UND-Verknüpfungsschaltung (12), die ODER-
Verknüpfungsschaltung (16), die Zeitglieder (18, 20), die
Spannungsversorgung (30, 31) und den Lastschalter (21)
aufnehmenden Schaltungsträgerplatine (34) befestigt ist.
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