DE4221833C2 - Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine unglücksverhütende Erfas­ sungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE 35 23 232 A1).

Für Gebäude bestimmte unglücksverhütende Erfassungs­ vorrichtungen sind häufig vom Typ eines Infrarotfühlers. Bei­ spiele hierfür werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert. Sie sind veröffentlicht in dem techni­ schen Magazin "Transistor Gÿutsu (technics)", "Sensors", Sei­ ten 442, 443, 453, 463, August 1990, Japan.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, werden zur Feuererfassung innerhalb eines abgedunkelten Kastens, der mit dem Durchtritt von Rauch 11 dienenden Löchern versehen ist, mittels eines lichtempfangenden Teils 9 Infrarotstrahlen erfaßt, die von einem Leuchtelement 8 ausgesendet und an den Rauchteilchen 11 reflektiert werden. Auf diese Weise wird die Anwesenheit von Rauch erfaßt, um dadurch einen Brand festzustellen.

Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit zur Erfassung von Ein­ dringlingen, bei der von einem menschlichen Körper emittierte Infrarotstrahlen durch ein lichtempfangendes Teil 9 erfaßt werden, um das Eindringen einer Person zu erfassen, während Fig. 3 eine Möglichkeit zeigt, bei der Infrarotstrahlen von einem Leuchtelement 8 ausgesendet werden und im Falle ihrer Unterbrechung durch einen menschlichen Körper oder einen Gegenstand das Eindringen der Person in Abhängigkeit von dem Zustand der Anwesenheit von Infrarotstrahlen in einem licht­ empfangenden Teil 9 erfaßt wird.

In dem in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Beispiel wird ein Brand durch die Erfassung von Rauch beurteilt, so daß es schwierig ist, einen Brand in einer frühen Stufe zu entdecken.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten herkömmlichen Beispiel kann zwar die Anwesenheit eines menschlichen Körpers erfaßt werden, nicht aber dessen Position. In dem in Fig. 3 dar­ gestellten herkömmlichen Beispiel kann die Position eines menschlichen Körpers nur in einem begrenzten Bereich erfaßt werden, so daß diese Möglichkeit für eine Erfassung in einem weiten Bereich nicht brauchbar ist.

Weitere Beispiele für die in den Fig. 1 und 2 gezeig­ ten Vorrichtungen sind der DE 37 43 737 A1 beziehungsweise der DE 32 05 394 A1 zu entnehmen.

Demgegenüber ist aus der DE 35 23 232 A1 eine un­ glücksverhütende Erfassungsvorrichtung bekannt, von der die Erfindung ausgeht. Bei der bekannten Erfassungsvorrichtung wird das Auftreten eines Feuers dadurch festgestellt, daß die Geschwindigkeit von Temperaturänderungen in dem überwachten Bereich ermittelt wird. Übersteigt die Geschwindigkeit der Temperaturänderungen einen Minimalwert, so stellt die Erfas­ sungsvorrichtung das Auftreten des Flackerns eines Feuers fest und gibt Alarm. Die bekannte Erfassungsvorrichtung kann dem­ nach das Auftreten eines Feuers feststellen.

Auf ähnliche Weise arbeitet eine in der DE 36 03 568 A1 beschriebene Erfassungsvorrichtung. Dabei wird das Auftre­ ten eines Feuers oder einer Flamme dadurch ermittelt, daß das Verhältnis von Temperaturen höher und niedriger als ein Be­ zugswert ermittelt wird. Mit anderen Worten wird ebenfalls "Flackern" erfaßt.

Nach der DE 37 10 265 A1, insbesondere Anspruch 5, sind Infrarotsensoren vorgesehen, deren Empfindlichkeit so eingestellt wird, daß eine Temperatur von mehr als 200°C in einem vorbestimmten Bereich als ein großes Feuer angesehen wird.

Aus "Pyroelektrische Mehrelementsensoren mit CCD-Aus­ leseschaltung" in: Radio Fernsehen Elektronik, Band 39, 1990, Heft 4, Seiten 221 bis 226, sind Einzelheiten über den inneren Aufbau pyroelektrischer Wärmeerfassungselemente bekannt.

Die JP-61-154 279 A lehrt eine spezielle Anordnung von Infrarot-Detektorelementen in einer Infrarot-Kamera.

Aufgabe der Erfindung ist es, die unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß sie nicht nur die Tatsache des Auf­ tretens einer irregulären Wärmequelle, sondern auch deren Posi­ tion bestimmen kann.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen er­ füllt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Insbesondere sind im Rahmen der Erfindung eine auf die äußere Umgebung gerichtete Videokamera und ein Tragteil der Videoka­ mera an eine Objektivrichtungs-Einstelleinrichtung mit einem Zwei-Richtungs-Drehmechanismus angeschlossen, wobei die Wär­ mebild-Erfassungseinrichtung an dem Tragteil fest angeordnet und auf eine Erfassungsrichtung ausgerichtet ist. Die Posi­ tion des erfaßten irregulären Zustandes wird durch eine Wär­ mequellenpositions-Erfassungseinrichtung beurteilt, um da­ durch die vorerwähnte Objektivrichtungs-Einstelleinrichtung zu betreiben.

Ferner wird im Rahmen der Erfindung ein Brand auf Grundlage einer Temperatur eines durch die Wärmebild-Erfas­ sungseinrichtung erhaltenen Bereichs irregulären Zustandes beurteilt und erfaßt.

Außerdem wird in Übereinstimmung mit Änderungen in einem durch die Wärmebild-Erfassungseinrichtung erhaltenen Wärmebild ein menschlicher Körper erfaßt und die Position des erfaßten menschlichen Körpers bestimmt.

Darüber hinaus wird in Übereinstimmung mit der Existenz eines durch die Wärmebild-Erfassungseinrichtung erhaltenen irregulären Zustandes ein Signal ausgegeben.

Weiterhin weisen die Wärmeerfassungselemente vom pyro­ elektrischen Typ einen pyroelektrischen Dünnfilm auf.

Außerdem sind die Wärmeerfassungselemente vom pyroelek­ trischen Typ eindimensional auf einer geraden Achse angeord­ net und weisen eine dazu parallel oder unter einem bestimmten Winkel zu dieser geraden Achse angeordnete Drehachse auf, so daß die Gruppe von Wärmeerfassungselementen vom pyroelektri­ schen Typ um die Drehachse herum gedreht wird und dadurch ein zweidimensionales Bild gewinnt.

Bei der Erfindung kann durch die Verwendung eines Wär­ mebildes ein irregulärer Zustand in einem frühen Stadium ent­ deckt werden, und seine Positionserfassung ermöglicht einen automatischen Betrieb der Videokamera.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfin­ dung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und der Zeichnung, auf die bezüglich einer erfindungswesentlichen Offenbarung aller im Text nicht er­ wähnten Einzelheiten ausdrücklich hingewiesen wird. Hierin zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer herkömmlichen Feuererfassungsvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer herkömmlichen Erfassungsvorrichtung für Ein­ dringlinge (vom Lichtempfangstyp),

Fig. 3 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer herkömmlichen Erfassungsvorrichtung für Ein­ dringlinge (vom Lichtwegdurchbrechungstyp),

Fig. 4 eine Ansicht des Aufbaus eines Ausführungs­ beispiels einer erfindungsgemäßen unglücksver­ hütenden Erfassungsvorrichtung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der unglücksverhütenden Erfassungsvorrichtung von Fig. 4,

Fig. 6A und 6B Diagramme zur Erläuterung der Funktion der Vorrichtung von Fig. 4,

Fig. 7A und 7B Ansichten des Aufbaus einer Ausführungsform einer Wärmebild-Erfassungseinrichtung in der Vorrichtung von Fig. 4, und

Fig. 8A und 8B Diagramme zur Erläuterung des zur Gewinnung eines Wärmebildes durch die Verwendung einer Gruppe von Wärmeerfassungselementen vom pyro­ elektrischen Typ dienenden Mechanismus.

In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Videokamera, 2 ein Trag­ teil, 3 eine Wärmebild-Erfassungseinrichtung, 4 eine Objek­ tivrichtungs-Einstelleinrichtung mit einem Drehmechanismus für zwei Richtungen, d. h. eine horizontale und eine verti­ kale Richtung.

Die Wärmebild-Erfassungseinrichtung 3 ist an dem Trag­ teil 2 angeordnet und auf eine Erfassungsrichtung ausge­ richtet, um die Anwesenheit und Position einer irregulären Wärmequelle zu erfassen und die Objektivrichtungs-Einstell­ einrichtung 4 derart zu steuern, daß die Videokamera 1 auf die irreguläre Wärmequelle ausgerichtet wird.

In der Wärmebild-Erfassungseinrichtung 3 ist eine Anzahl von Wärmeerfassungselementen vom pyroelektrischen Typ in einer Gruppe vorgesehen. Zur Messung von Temperaturen ohne gegenständliche Berührung wird ein Infrarotfühler vom Quan­ tentyp, ein Infrarot-CCD (Infrarot-Ladungsverschiebeelement) oder ein Infrarotfühler vom Wärmetyp verwendet. Der Infrarot­ fühler vom Quantentyp und der Infrarot-CCD sind hochempfind­ lich und sprechen rasch an. Sie müssen jedoch gekühlt werden (auf etwa -100 bis -200°C) und sind für den Hausgebrauch nicht geeignet. Andererseits zeichnet sich der Infrarotfühler vom Wärmetyp dadurch aus, daß er keine Kühlung erfordert, wogegen er eine verhältnismäßig niedrige Empfindlichkeit auf­ weist und ein langsames Ansprechverhalten zeigt. In der Wär­ mebild-Erfassungseinrichtung 3 werden pyroelektrische Effekte von Infrarotfühlern vom Wärmetyp ausgenutzt.

Bei dem in dem Blockdiagramm von Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen unglücksverhüten­ den Erfassungsvorrichtung weist das Tragteil 2 zusätzlich zu der Wärmebild-Erfassungseinrichtung 3 eine Beurteilungsein­ richtung für irreguläre Wärmequellen, eine einen Wärmequel­ lenpositionsspeicher aufweisende Erfassungseinrichtung für die Position irregulärer Wärmequellen und eine Alarmsignal- Übertragungseinrichtung auf.

Zunächst erfaßt die Wärmebild-Erfassungseinrichtung 3 ein Wärmebild eines menschlichen Körpers, eines Brandes oder dgl. Dann beurteilen die Beurteilungseinrichtung für irreguläre Wärmequellen und die Erfassungseinrichtung für die Position der irregulären Wärmequellen die irreguläre Wärmequelle (ein Eindringling, ein Brand oder dgl.) und ihre Position, wobei die erfaßte Position der irregulären Wärmequelle mittels des Wärmequellenpositionsspeichers gespeichert wird. Sodann wird die Objektivrichtungs-Einstelleinrichtung 4 betätigt, um die Richtung des Objektivs der Videokamera 1 zu steuern.

In den Diagrammen von Fig. 6A und 6B ist die Funktion der erfindungsgemäßen unglücksverhütenden Erfassungsvorrich­ tung erläutert. Die beiden Diagramme zeigen je ein Wärmebild und ein sichtbares Bild in gegenseitiger Überlagerung.

Wie durch das Wärmebild in Fig. 6A und 6B angezeigt wird, wird durch die Alarmsignal-Übertragungseinrichtung ein Signal ausgegeben, sobald das Vorhandensein einer irregulären Wärmequelle, die in dem vorherigen Stadium nicht vorhanden war, bestätigt wird.

In Fig. 6B beurteilt die Beurteilungseinrichtung für irreguläre Wärmequellen eine Wärmequelle als einen Brand, wenn die Temperatur der Wärmequelle hinreichend hoch ist. Wenn dagegen gemäß Fig. 6A die Temperatur der Wärmequelle nicht hinreichend hoch ist, bestimmt die Beurteilungseinrich­ tung für die Position der irregulären Wärmequelle die Posi­ tion der Wärmequelle, wobei die Objektivrichtungs-Einstell­ einrichtung 4 die Objektivrichtung der Videokamera 1 steuert.

In Fig. 7A und 7B sind Ansichten des Aufbaus einer bei der Erfindung vorgesehenen Ausführungsform der Wärmebild- Erfassungseinrichtung 3 dargestellt. Die Bezugszeichen 6a bis 6e bezeichnen Wärmeerfassungselemente vom pyroelektrischen Typ, 6 eine Gruppe von Wärmeerfassungselementen vom pyroelek­ trischen Typ und 7 eine Drehachse. In Fig. 7A ist ein Zustand dargestellt, in dem sich die Drehachse 7 parallel zu der Gruppe 6 der Wärmeerfassungselemente vom pyroelektrischen Typ erstreckt, während in Fig. 7B ein Zustand dargestellt ist, in dem die Drehachse 7 unter einem Winkel R gegenüber der Gruppe 6 von Wärmeerfassungselementen vom pyroelektrischen Typ ge­ neigt ist. Der Winkel R wird aufgrund der baulichen Gegeben­ heiten des Tragteils 2, an dem die Wärmebild-Erfassungsein­ richtung 3 angeordnet ist, und des vorbestimmten Winkels des Erfassungsgesichtsfeldes festgelegt.

Anhand von Fig. 8A und 8B wird nunmehr der zur Gewin­ nung eines Wärmebildes durch die Verwendung der Gruppe 6 von Wärmeerfassungselementen vom pyroelektrischen Typ dienende Mechanismus erläutert. Dabei ist in Fig. 8A der dreidimen­ sionale Gesichtswinkel eines zu erfassendes Wärmebildes und in Fig. 8B das erfaßte Wärmebild dargestellt. Die Gruppe 6 von Wärmeerfassungselementen vom pyroelektrischen Typ umfaßt fünf Elemente, welche die jeweiligen Abschnitte des in der vertikalen Richtung fünffach unterteilten Gesichtswinkels überdecken.

Die Gruppe 6 von Wärmeerfassungselementen vom pyro­ elektrischen Typ wird in Verbindung mit einem optischen Ob­ jektiv verwendet. Der vorbestimmte Gesichtswinkel ist in der horizontalen Richtung eng, so daß der horizontale Gesichts­ winkel gemeinsam mit der Drehung der Drehachse 7 bewegt wird. Jedesmal wenn der horizontale Gesichtswinkel bewegt wird, wird die Temperatur durch die Gruppe 6 von Wärmeerfassungs­ elementen vom pyroelektrischen Typ gemessen, wodurch das in Fig. 8B dargestellte zweidimensionale Wärmebild gewonnen wird.

Ein allgemein verwendeter Infrarotfühler vom pyroelek­ trischen Typ weist eine sog. Dickform auf (bulk shape) und enthält einen gesinterten Werkstoff aus einem pyroelektri­ schen Dickfilm. Der Dickformfühler beinhaltet jedoch die Schwierigkeit, daß seine thermische Zeitkonstante nicht ver­ ringert werden kann und deshalb der Dickformfühler in seinem Ansprechverhalten langsam ist. Deshalb wird ein Wärmeerfas­ sungselement vom pyroelektrischen Typ mit einem pyroelektri­ schen Dünnfilm aus PbTiO₃ oder dgl. verwendet, so daß die Ansprechzeit auf etwa 1/10 der des Dickformfühlers herabge­ setzt werden kann.

Durch die Verwendung von Wärmeerfassungselementen vom pyroelektrischen Typ, die einen derartigen pyroelektrischen Dünnfilm verwenden, zur Verkürzung der Ansprechzeit, kann die Bewegung oder dgl. eines Eindringlings mit hoher Genauigkeit erfaßt werden. Auch können mit dem pyroelektrischen Dünnfilm die Elemente miniaturisiert werden.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung klar hervorgeht, kann erfindungsgemäß ein irregulärer Zustand in einem frühen Stadium durch ein Wärmebild erfaßt werden, das durch die Gruppe der Wärmeerfassungselemente vom pyroelektrischen Typ gewonnen wird, wobei auch die Position des irregulären Zu­ standes bestimmt werden kann, so daß ein Eindringling in der Mitte des Bildverarbeitungsausschnittes eingefangen werden kann.

Ferner wird erfindungsgemäß die Gruppe von in einer Dimension angeordneten Wärmeerfassungselementen vom pyroelek­ trischen Typ gedreht, um dadurch ein Wärmebild mit einem verhältnismäßig einfachen Aufbau zu erfassen.

Schließlich wird die Gruppe von den pyroelektrischen Dünnfilm aufweisenden Wärmeerfassungselementen vom pyroelek­ trischen Typ zur Erzielung von Wirkungen wie einer Verbesse­ rung der Wärmebild-Ansprechgeschwindigkeit und der Miniaturi­ sierung der Elemente benutzt.

Claims (8)

1. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung mit einer Wärmebild-Erfassungseinrichtung (3), die eine in einer Gruppe (6) angeordnete Anzahl von Wärmeerfassungselementen (6a bis 6e) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeer­ fassungselemente (6a bis 6e) vom pyroelektrischen Typ sind und daß eine Positionserfassungseinrichtung für eine irreguläre Wärmequelle vorgesehen ist.

2. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Videokamera (1) und ein Tragteil (2) durch einen mindestens zwei Richtungen auf­ weisenden Drehmechanismus verbunden sind und daß die Wärmebild- Erfassungseinrichtung (3) an dem Tragteil (2) fest angeordnet und in einer Erfassungsrichtung ausgerichtet ist.

3. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionserfassungs­ einrichtung für den Drehmechanismus steuert.

4. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebild-Erfassungseinrichtung (3) zur Brandentdeckung dient.

5. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebild-Erfassungseinrichtung (3), die Positions-Erfassungs­ einrichtung für eine irreguläre Wärmequelle und ein Wärmequellen­ positionsspeicher zur Erfassung eines menschlichen Körpers dienen.

6. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner eine Alarmsignal-Abgabeeinrichtung auf­ weist.

7. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeerfassungselemente (6a bis 6e) einen pyroelektrischen Dünnfilm aufweisen.

8. Unglücksverhütende Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeerfassungselemente (6a bis 6e) der Wärmebild-Erfassungs­ einrichtung (3) eindimensional auf einer geraden Achse angeordnet sind und eine Drehachse (7) aufweisen, die parallel zu der geraden Achse oder dazu unter einem bestimmten Winkel ausgerichtet ist, wobei die Wärmeerfassungselemente (6a bis 6e) zur Gewinnung eines zweidimensionalen Bildes um die Drehachse (7) gedreht werden.