DE3540680C2 - Passiver Infrarot-Bewegungsempfänger mit Sensor für die Umgebungshelligkeit - Google Patents

Passiver Infrarot-Bewegungsempfänger mit Sensor für die Umgebungshelligkeit

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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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