EP0432345A2 - Wecker- oder Funkuhr mit einer Schaltungsanordnung zum Steuern derselben - Google Patents
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- EP0432345A2 EP0432345A2 EP19900107470 EP90107470A EP0432345A2 EP 0432345 A2 EP0432345 A2 EP 0432345A2 EP 19900107470 EP19900107470 EP 19900107470 EP 90107470 A EP90107470 A EP 90107470A EP 0432345 A2 EP0432345 A2 EP 0432345A2
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- G04G13/00—Producing acoustic time signals
- G04G13/02—Producing acoustic time signals at preselected times, e.g. alarm clocks
- G04G13/021—Details
Definitions
- the present invention relates to a circuit arrangement for controlling alarm, radio, appointment and clock functions, and a device for using the same, in particular for switching off a wake-up signal and / or for briefly switching on the dial illumination of an alarm clock.
- Such functions are primarily initialized today via discrete switches, for example in that a watch case has a mechanically actuated switch of some kind at a precisely predetermined point, which switch must be moved to a different position, for example, to end the wake-up alarm.
- a mechanically actuated switch of some kind at a precisely predetermined point, which switch must be moved to a different position, for example, to end the wake-up alarm.
- this proves to be extremely disadvantageous for the user, especially in the dark, since the switch provided cannot be found at the appropriate moment.
- the high circuit complexity also means that such arrangements for operation (in particular the transmitter diode) require an operating voltage of more than 1.5 V.
- Alarm clock arrangements that can be used flexibly should, however, operate at the lowest possible voltages and, if possible, be operated with a single conventional 1.5 V mono cell.
- Clocks are also known which use a pyroelectric sensor to control the dial lighting (e.g. CITIZEN, Japan).
- CITIZEN pyroelectric sensor
- these known arrangements have the disadvantage that they are structurally complex and bulky and are therefore only very cost-intensive to produce.
- these arrangements are characterized by the fact that they make use of a technique that is common in fire alarm sensor applications, by a high voltage requirement and a relatively high power consumption for signal processing.
- the known applications therefore react to the presence of a moving person at a great distance in the same way as to a deliberate, small hand movement near an alarm clock.
- the selective sensitivity is therefore completely absent. It is therefore an object of the present invention to provide an arrangement which, with the lowest possible power consumption and the lowest possible supply voltage, ensures a permanent standby position for triggering switching functions in alarm clock, radio, appointment and large clocks in battery operation and a selective triggering of control functions allowed.
- the task according to the invention must also be designed such that it enables switching from a distance of 0.5 m to approximately 1 m and can be activated over a very wide angle (greater than 60 degrees). This then allows a safe triggering, for example a clock, in absolute darkness - without any search. However, triggering from a greater distance should be avoided.
- the device should only respond to signals emanating from sources with a predeterminable temperature.
- the arrangement according to the invention must also be able to reliably suppress certain signals. For example, it must not respond to emissions from incandescent lamps, fluorescent lamps and / or radiators. Likewise, a trigger may not occur when a person simply walks by. Finally, the arrangement should not trigger, for example, unintentional movements of sleeping people.
- This object is achieved according to the invention in that, as a proximity-sensitive element, a pyroelectric infrared sensor with a very special installation and wiring method, with a special design of the entrance opening of the received signals, a special positioning and installation direction of the infrared sensor relative to a housing surrounding the arrangement and / or optimal filter arrangements in front of the sensor is used.
- Pyroelectric infrared sensors are known per se and are mainly used today for automatic room and door monitoring, or, as already mentioned, for fire monitoring systems.
- the reliability can be increased even further by using an appropriate optical filter that adjusts the response of the arrangement to a selectively desired body temperature.
- This selection can be significantly increased by installing an optical grating (arranged in front of the filter) (or a Frenell lens).
- IR radiation 1 for example that of a human body or part of the body, strikes it via an optical grating 2 (or one Frenell lens) on an optical filter 3, and from there forwarded to a pyroelectric IR sensor 4.
- the optical grating 2 serves to modulate the radiation energy of the moving radiation source 1 and is dimensioned such that the modulation frequency of the radiation is the maximum sensitivity of the pyroelectric IR Sensor 4 corresponds.
- the optical filter is designed such that it preferably allows a radiation of 37 degrees C to pass selectively.
- the corresponding radiation on the active radiation-sensitive elements 41 and 42 see FIG. 2 ) triggers a charge separation.
- a bandpass filter 5 connected to the pyroelectric IR sensor 4 and adapted to this as well as to the optical grating 2 has the effect that the desired frequency components of the input signal modulated by the optical grating 2 are preferably amplified in an amplifier 6 connected to it. This measure ensures maximum freedom from noise and responsiveness.
- a threshold value detector 7, which is further connected to the amplifier 6, responds to both positive and negative pulses. This is particularly important when using a pyroelectric dual IR sensor instead of a simple IR sensor and is necessary because, depending on the direction of movement of the radiation source 1, a negative or only a positive pulse is generated at the time.
- a time evaluation circuit 8 connected to the threshold value detector 7 has, for example, the task of sufficiently delaying a pulse with respect to the output D of the threshold value detector 7 in order to enable a defined lighting period of a dial illumination 10 connected via an output F of the time evaluation circuit 8.
- a signal generator 11 connected to the clockwork 9 via an output G is stopped by a similar signal at the output D of the threshold detector 7.
- a dial illumination 10 can also optionally be switched on for a predetermined lighting duration via the signal at the output F of the threshold value detector 8.
- a voltage stabilization the input H of which is connected to the pyroelectric IR sensor 4 and the output of which is connected to the amplifier 6, ensures the necessary independence of the supply voltage of the input part of the evaluation arrangement with regard to the load when the dial illumination 10 is switched on.
- dial illumination 10 is connected to the first battery and the clock mechanism 9 is connected to the second battery. This achieves an optimally possible, even discharge of both batteries.
- the entire arrangement comprises a directional sensor 13, via which the ambient light can be detected. This is set such that the triggering of the dial illumination 10 is suppressed if the ambient light is sufficient. This prevents an unnecessary load on the battery supplying him with energy.
- the pyroelectric IR sensor 4 shown in FIG. 2 has a frequency-dependent sensitivity.
- the frequency of the maximum sensitivity is largely determined by a first load resistor 43 and the distance between the radiation-sensitive elements 41 and 42.
- the frequency response of the pyroelectric IR sensor 4 at its output A is due to the working distance and the dimensions of the radiating body 1 (in the case of the present exemplary embodiment, this is a human hand) or the width 21 (see Figure 3) of the optical grating 2 and the distance between the optical grating 2 and the radiation-sensitive elements 41 and 42 determined.
- equal exposure of the radiation sensitive elements 41 and 42 causes the voltage which remains zero over a load resistor connected in parallel to these elements.
- the load resistor 43 and a downstream transistor 48 are often part of the pyroelectric IR sensor 4 as a whole, the numerical value of the load resistor 43 determining the sensitivity and the response speed and the transistor 48 having the task of preamplifying the extremely small voltages across the load resistor 43.
- the individual connection points 45, 46 and 47 are accessible for further wiring.
- this optical grating 2 consists of a single slit diaphragm with the opening 21.
- the radiation strikes a different one Place the optical filter 3 or the pyroelectric IR sensor 4 and thus on its radiation-sensitive elements.
- the distance between the optical grating 2 and the radiation-sensitive elements 41 and 42 and the width of the opening 21 of the slit diaphragm are so matched to the working distance between the radiation source 1 and the optical grating 2 and the dimensions of the radiation source 1 that between scans to the A maximum degree of contrast can be achieved at times ta and tc.
- the following guideline values are symptomatic for the dimensioning: In the "alarm clock" embodiment, the working distance should be less than 0.7 m and the triggering distance between the times ta and tc should be approximately 20-30 cm.
- the dimensions of the human hand are preferably used in the "alarm clock" embodiment.
- the distance between the slit diaphragm and the pyroelectric sensor is calculated using the formula:
- the working distance means the distance from the alarm clock at which it should respond selectively and the trigger path represents the angular field that has to be covered in order to generate a safe triggering.
- the trigger path represents the angular field that has to be covered in order to generate a safe triggering.
- FIGS. 4a to 4c Various current flow diagrams, such as typically occur when passing a radiation source when setting up the alarm clock, are plotted in FIGS. 4a to 4c .
- the period times for normal hand movements that arise from the knowledge gained previously are in the range of about 0.05-0.5 seconds.
- FIG. 4a shows the current or voltage curve for the radiation-sensitive element 41.
- the current or voltage amplitude reaches its maximum value at the point in time ta.
- 4c shows the voltage curve present at the output of a pyroelectric DUAL-IR sensor, which is processed by the subsequent electronics.
- FIGS. 5a and 5c Exemplary embodiments of the optical grating 2 are shown in FIGS. 5a and 5c .
- 5a shows a front view in principle.
- the radiation-sensitive elements 41 and 42 of the pyroelectric IR sensor 4 and the optical filter 3 are visible through the opening 21 of the slit diaphragm of the optical grating 2.
- 5c shows the solution with a pyroelectric single IR sensor 4.
- FIGS. 6a and 6b A second exemplary embodiment of an optical grating 2 is shown in FIGS. 6a and 6b .
- 6a shows the basic arrangement of the optical grating 2, the optical filter 3, the pyroelectric IR sensor 4 and the radiation-sensitive elements 41 and 42 which are visually enlarged.
- FIG. 6b shows, instead of the optical filter 3, a lens 22, which is a cylindrical lens in this exemplary embodiment.
- the lens 22 serves to increase the responsiveness of the arrangement and this is realized in that the lens 22 focuses a larger amount of radiation onto the visually enlarged radiation-sensitive elements 41 and 42.
- the distance between the lens 22 and the radiation-sensitive elements 41 and 42 corresponds approximately to the focal length of the lens 22.
- the lens curvature of the lens 22 runs approximately along the contour of the radiation-sensitive elements 41 and 42. This serves to homogenize the response behavior or to enlarge the visual field X.
- FIG. 7 shows a constructive detail of the installation of a pyroelectric sensor 4 in a conventional alarm clock housing, it being very important that the pyroelectric IR sensor is attached at an angle W such that the triggering field from the signal field which can be covered by an optical grid User is turned away, so that a conscious and intentional movement is required to trigger and unintentional triggering can be avoided.
- This also requires that the slit diaphragm is arranged asymmetrically to accommodate the pryroelectric IR sensor.
- the pyroelectric IR sensor 4 is located at the input of the circuit.
- This circuit also has a (see Fig. 2b) FET preamplifier 48.
- a first output 45 forms the drain connection of the FET preamplifier 48 and a second output 46 the source connection of the FET preamplifier 48.
- the drain connection is then connected to the supply voltage U via a first resistor 44.
- the source connection is connected to ground 0 via a second resistor 54.
- a capacitor 53 is connected in parallel to the second resistor 54. This circuit also serves to amplify the voltage with respect to the connection point A.
- this measure improves the power amplification of the preamplifier by orders of magnitude.
- this type of switching suppresses low frequency and direct current components, ie the desired frequency components are preferably amplified.
- the bandpass filter 5 is formed from the RC elements, a second capacitor 51, a third resistor 52, a third capacitor 53, a fourth resistor 54 and a fourth capacitor 55 and a fifth resistor 56.
- These RC elements form a bandpass characteristic, the lower limit frequency of which is determined by the RC element (second capacitance 51, third resistor 52) and the upper limit frequency of which is determined by the RC element (third capacitor 53, fourth resistor 54).
- the lower or upper limit frequency is matched to the modulation of the input signal described above. This measure further favors the selection of the desired signals, for example as a result of a hand movement, and thus increases the response reliability.
- Such a bandpass characteristic is approximately 2-20 Hz in accordance with the dimensions of the optical grating 2.
- the amplifier 6 connected downstream of the bandpass filter 5 comprises an operational amplifier 61 in the present circuit.
- the amplifier 6 is then connected to the threshold detector 7, which - as already mentioned above - responds to both positive and negative pulses. This is necessary in particular when using pyroelectric DUAL-IR sensors, because depending on the direction of movement of the radiation source 1, only a positive or only a negative pulse can be generated.
- the threshold voltage is defined by a sixth resistor 71 and a seventh resistor 72 as well as an eighth resistor 73 and a ninth resistor 74.
- a first transistor 76 and a second transistor 77 are connected with different polarities in the threshold value detector, ie if, for example, the first transistor 76 is a pnp type, the second transistor 77 is an npn TYPE.
- the ratio of the sixth resistor 71 and the seventh resistor 72 and that of the eighth resistor 73 and that of the ninth resistor 74 are determined such that, in the absence of a signal at input C, the voltages across the resistors 74 and 71 are lower than the base breakdown voltages of the transistors 76 and 77. Thus, both transistors block when there is no input signal.
- the voltage stabilization 12 formed from a second load resistor 121 and a second load capacitance 122, stabilizes the supply voltage U of the pyroelectric IR sensor 4 and the input part of the amplifier 6. This results in a very high degree of independence with regard to the loads on U.
- the supply U come from a battery and so the battery voltage would show considerable fluctuations when loaded by an incandescent lamp without stabilization. Such fluctuations can lead to interference due to the necessary high amplification of the input signal and must therefore be avoided.
- the voltage stabilization 12 also aims to compensate for the behavior of the circuit formed from the resistors 44 and 54 and the capacitance 53 at different supply voltages.
- Figures 9a to 9c show the essential features of the spatial structure of the mechanical components of an embodiment in the form of an alarm clock.
- the alarm clock housing W shown in an exploded view in FIG. 9 a contains a conventional clock arrangement with an electromechanical clockwork 9 (which is only indicated in the present figure by the corresponding reference symbol) the optical grating 2 provided on the roof-side surface of the alarm clock housing W.
- the radiation signals to be triggered by hand movements are thus carried out in this embodiment by sweeping over the alarm clock with a hand movement.
- 10a shows a further exemplary embodiment with regard to the structural design of the corresponding alarm clock housing and the clockwork 9 and the optical grating 2 to be arranged therein.
- the orientation of the opening 21 (not specifically designated in this FIG. 10b; see FIG. 3) of the slit diaphragm of the optical grating 2 determines the direction of the field of view X —that the response-sensitive area.
- This area is preferably located above the standing surface of the alarm clock housing W.
- triggering movements which are at approximately the same height as or lower than the standing surface of the alarm clock housing W are not recorded for evaluation.
- the inclination of the sensitivity vector with respect to the horizontal prevents false triggering by movements of a sleeper near the alarm clock.
- the elevation angle W of the trigger vector is approximately 20 degrees in the exemplary embodiment.
- 10c shows a front view of the mechanical structure of an alarm clock
- the installation position of the pyroelectric IR sensor 4 is roughly apparent in principle, in particular also with regard to the footprint of the alarm clock housing.
- the partially cut-open representation makes the radiation-sensitive elements 41 and 42 of the pyroelectric IR sensor 4 visible.
- the arrangement of the same is such that its longitudinal axis moves parallel to the base of the alarm clock housing, ie the elements 41 and 42 are arranged one above the other. This functionally assigns an increased sensitivity perpendicular to the footprint to the direction of movement. Movements parallel to the base of the alarm clock housing W do not trigger. These measures prevent tripping when a person walks past the alarm clock.
- FIGS. 11a and 11b A third exemplary embodiment is shown in FIGS. 11a and 11b , in which the vertical arrangement of the alarm clock is replaced by a structure in which a side wall curved towards the front is provided for receiving the pyroelectric IR sensor.
- 11a illustrates the arrangement of the sensor next to the conventional clockwork 9.
- FIG. 11b illustrates in a top view the same arrangement as in FIG. 11a the mechanical-local position of the components and the direction of the trigger vector.
- the evaluation angle W is approximately 45 degrees.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Steuern von Wecker-,Funk-, Termin- und Grossuhren-Funktionen, sowie eine Vorrichtung zur Verwendung dergleichen, insbesondere zum Abschalten eines Wecksignals und/oder zum kurzzeitigen Einschalten einer Zifferblattbeleuchtung eines Wecker.
- Derartige Funktionen werden heute vorwiegend über diskrete Schalter initialisiert, indem beispielsweise ein Uhrengehäuse an einer genau vorbestimmten Stelle einen irgendwie gearteten, mechanisch betätigbaren Schalter besitzt, der beispielsweise zum Beendigen des Weckalarms in eine andere Stellung gebracht werden muss. Dies erweist sich aber gerade bei Dunkelheit für den Benutzer als äusserst nachteilig, da sich im entsprechenden Moment der vorgesehene Schalter nicht finden lässt.
- Verbesserte Ausführungen besitzen daher bereits Einrichtungen, die durch blosses Berühren des Weckergehäuses reagieren und diese Beendigen des Weckalarms bewirken. Dies bedeutet für den Benutzer einer solchen Einrichtung aber immer noch den entscheidenden Nachteil, dass er im Dunkeln das Weckergehäuse echt auffinden muss und die Berührung so durchführen muss, dass das Weckergehäuse nicht aus der Gleichgewichtslage gerät.
- Eine weitere Verbesserung stellen hingegen Anordnungen dar, die bereits berührungslos, nämlich auf blose Annäherung reagieren. Eine solche Anordnung arbeitet beispielsweise mit einem Infrarot-Sender und dem zugehörigen -Empfänger, ähnlich wie ein Radarsystem (siehe auch DE-PS 37 19 087), wobei das zum Empfänger reflektierte Licht identifiziert wird. Solche Sende-/Empfänger-Anordnungen haben allerdings den Nachteil, infolge ihres hohen Stromverbrauchs bei in den meisten Applikationen vorgesehenen Batteriebetrieb keine Dauerfunktion zuzulassen. D.h. die entsprechenden Schaltfunktionen werden nur sehr kurzzeitig, beispielsweise wenn der vorprogrammierte Alarm ausgelöst ist, eingeschaltet bzw. in Funktion gesetzt. Will man daher Dauerfunktionen durch die gleiche Anordnung schalten, so ist dies nicht möglich.
- Für einen dauernden Einsatz, wie beispielsweise zum kurzzeitigen beliebigen Einschalten der Zifferblattbeleuchtung bei Dunkelheit, können diese Anordnungen also nicht oder nur sehr beschränkt -unter Inkaufnehmen der oben beschriebenen Einschränkungen- verwendet werden.
- Ein weiterer empfindlicher Nachteil solcher Anordnungen mit einem Sende-/Empfangs-Prinzip stellt die Tatsache dar, dass die Anordnung auf jeden Gegenstand -natürlich auch nicht bewegten- reagiert. Nur durch hohen Schaltungsaufwand kann erreicht werden, dass bewegte Gegenstände von statisch vorhandenen unterschieden werden (siehe DE-PS 37 19 087) können.
- Der hohe Schaltungsaufwand führt zusätzlich dazu, dass solche Anordnungen zum Betrieb (insbesondere der Sendediode) eine Betriebsspannung von mehr als 1,5 V benötigen. Flexibel zu benutzende Weckeranordnungen sollen aber bei möglichst niedrigen Spannungen arbeiten und nach Möglichkeit mit einer einzelnen üblichen 1,5 V Monozelle betrieben werden können.
- Es sind auch schon Uhren bekannt, die einen pyroelektrischen Sensor zur Steuerung der Zifferblattbeleuchtung verwenden (z.B. CITIZEN, Japan). Diese bekannten Anordnungen haben aber den Nachteil, dass sie konstruktiv aufwendig und sperrig aufgebaut und so auch nur sehr kostenintensiv herstellbar sind. Zudem zeichnen sich diese Anordnungen die von einer Technik Gebrauch machen, die in der Feueralarm-Sensor-Anwendung üblich ist, durch einen hohen Spannungsbedarf und einen relativ hohen Stromverbrauch für die Signalaufbereitung aus.
- Schon daher sind also solche Systeme und Anordnungen, die lediglich eine bestehende Technologie, nämlich die der IR-Alarmsysteme benutzen, im Grunde für den Einsatz im Uhrengebiet nicht geeignet, weil hier ganz andere Aufgabenstellungen vorliegen. Am einfachsten Beispiel kann dies da festgestellt werden, wo die Auslösung bei derartigen Systemen nicht durch eine einfache Handbewegung erfolgen kann, was selbstverständlich in der Uhrentechnik ein bares Erfordernis ist. Eine solche Auslösung muss beispielsweise -vorausgesetzt eine sehr kleine Fehlerrate- bei üblichen Weckern von einer aus dem Schlaf erwachenden Person möglich sein, das bedeutet aber auch, dass eine Wendung oder Drehung dieser Person im Bett während des Schlafens, keine Auslösung bewirken darf.
- Die bekannten Anwendungen reagieren also auf die Anwesendheit einer sich bewegenden Person in grosser Distanz in gleicher Weise, als auf eine gezielte, kleine Handbewegung in der Nähe eines Weckers. Die selektive Empfindlichkeit fehlt somit vollständig. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung aufzuzeigen, die mit möglichst geringem Stromverbrauch und einer möglichst niedrigen Versorgungsspannung eine permanente Bereitschaftsstellung zum Auslösen von Schaltfunktionen bei Wecker-, Funk-,Termin- und Grossuhren im Batteriebetrieb sicher stellt und eine selektive Auslösung von Steuerfunktionen erlaubt.
- Die erfindungsgemässe Aufgabe muss ferner so konzipiert sein, dass sie ein Schalten aus einem Abstand von 0.5 m bis etwa 1m ermöglicht und dabei über einen sehr weiten Winkel (grösser 60 Grad) aktivierbar ist. Dies gestattet dann ein sicheres Auslösen, beispielsweise einer Uhr, bei absoluter Dunkelheit -ohne jedes Suchen-. Ein Auslösen aus grösserer Entfernung soll hingegen vermieden werden. Zudem soll die Vorrichtung nur auf Signale reagieren, die von Quellen mit einer vorbestimmbaren Temperatur ausgehen.
- Zudem muss die erfindungsgemässe Anordnung aber auch bestimmte Signale ebenso zuverlässig unterdrücken können. Beispielsweise darf sie nicht auf Aussendungen von Glühlampen, Leuchtstofflampen und/oder Heizkörper reagieren. Ebensowenig darf beim einfachen Vorbeigehen einer Person beispielsweise eine Auslösung erfolgen. Schliesslich soll die Anordnung beispielsweise bei unbeabsichtigten Bewegungen von schlafenden Personen nicht auslösen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass als annäherungsempfindliches Element ein pyroelektrischer Infrarot-Sensor mit ganz spezieller Einbau- und Beschaltungsweise, mit einer speziellen Gestaltung der Eintrittsöffnung der Empfangssignale, einer speziellen Positionierung und Einbaurichtung des Infrarot-Sensors gegenüber einem die Anordnung umgebenden Gehäuse und/oder optimale vor dem Sensor angebrachte Filteranordnungen, verwendet wird.
- Pyroelektrische Infrarot-Sensoren (s.bspw. US-PS 4,755, 674) sind per se bekannt und werden heute hauptsächlich zur automatischen Raum- und Tür-Ueberwachung, oder aber -wie schon zuvor erwähnt- bei Feuer-Ueberwachungs-Systemen, eingesetzt.
- Als besonderer Vorteil beim Einsatz eines pyroelektrischen Infrarot-Sensors zum Schalten von Wecker-, Termin-, Funk- und Gross-Uhrenfunktionen in der erfindungsgemässen Art ergibt sich bei dem geringen notwendigen Schaltungsaufwand ein sehr geringer Stromverbrauch und der mögliche Verzicht auf einen eigenen Sender und Empfänger und dies ermöglicht das Arbeiten mit einer einfachen Monozelle zur Speisung.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung erreicht man mit einer solchen Anordnung mit recht geringem Schaltungsaufwand eine funktionsichere, sehr selektiv arbeitende Steuereinrichtung für die Steuerung von solchen Schaltfunktionen. - Im weiteren lässt sich die Zuverlässigkeit durch den Einsatz eines entsprechenden optischen Filters das das Ansprechen der Anordnung auf eine selektiv gewünschte Körpertemperatur abstimmt, noch steigern.
- Mit der Verwendung eines sogenannten pyroelektrischen Dual-Sensors anstelle eines pyroelektrischen Infrarot-Single-Sensors wird weiterhin erreicht, dass die Anordnung nur auf bewegte Gegenstände anspricht.
- Diese Selektion lässt sich durch den Einbau eines optischen Gitters -vor dem Filter angeordnet- (oder eine Frenelllinse) noch erheblich steigern.
- Im folgenden werden erfindungsgemässe Ausführungsbeispiele beschrieben und in den nachfolgenden Figurendarstellungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 Eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemässen Anordnung;
- Fig. 2a ein erstes Ausführungsbeispiel eines pyroelektrischen IR-Sensors;
- Fig. 2b eine elektrische Schaltung des pyroelektrischen IR-Sensors aus Fig. 2a;
- Fig. 3 der prinzipielle mechanische Aufbau einer Detailanordnung aus Fig. 1;
- Fig. 4a ein erstes Spannungs-Zeit-Diagramm eines pyroelektrischen IR-Sensors gemäss Fig. 2a;
- Fig. 4b ein zweites Spannungs-Zeit-Diagramm eines pyroelektrischen IR-Sensors gemäss Fig. 2a;
- Fig. 4c ein kombiniertes Spannungs-Zeit-Diagramm aus den Figuren 4a und 4b;
- Fig. 5a eine Ansicht eines konstruktiven Details aus Fig. 3 als eine erste Variante;
- Fig. 5b eine Seitenansicht eines konstruktiven Details aus Fig. 3 als eine erste Variante;
- Fig. 6a eine Ansicht eines konstruktiven Details aus Fig. 3 als eine zweite Variante;
- Fig. 6b eine Seitenansicht eines konstruktiven Details aus Fig. 3 als eine zweite Variante;
- Fig. 7 eine erste konstruktive Lösung des Einbaues eines pyroelektrischen Sensors in einer Vorrichtung;
- Fig. 8 eine prinzipielle Schaltungsaufbau der erfindungsgemässen Anordnung nach Fig. 1;
- Fig. 9a eine Explosionsdarstellung des mechanisch-konstruktiven Aufbaus eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäss ausgestatteten Weckers;
- Fig. 9b eine Seitenansicht mit teilweise aufgebrochener Darstellung des Weckers nach Fig. 8a;
- Fig. 9c eine Front- (Vorder-)-Ansicht mit teilweise aufgebrochener Darstellung des Weckers aus Fig. 8a;
- Fig. 10a eine Explosionsdarstellung des mechanisch-konstruktiven Aufbaus eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäss ausgestatteten Weckers;
- Fig. 10b eine Seitenansicht mit einer Teildarstellung einiger Komponenten aus dem zweiten Ausführungsbeispiel des Weckers;
- Fig. 10c eine Front- (Vorder-)-Ansicht mit teilweise aufgebrochener Darstellung des Weckers;
- Fig. 11a eine Explosionsdarstellung des mechanisch-konstruktiven Aufbaus eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäss ausgestatteten Weckers;
- Fig. 11b eine prinzipielle Draufsicht des Weckers aus Fig. 11a.
- In Fig. 1 wird anhand einer Prinzipdarstellung schrittweise die Funktionsweise der Anordnung beschrieben. Dabei trifft eine IR-Strahlung 1, beispielsweise diejenige eines menschlischen Körpers oder Körperteils, über ein optisches Gitter 2 (oder eine Frenelllinse) auf ein optisches Filter 3, und von dort weitergeleitet auf einen pyroelektrischen IR-Sensor 4. Das optische Gitter 2 dient dabei der Modulation der Strahlungsenergie der bewegten Strahlungsquelle 1 und ist so dimensioniert, dass die Modulationsfrequenz der Strahlung der maximalen Empfindlichkeit des pyroelektrischen IR-Sensors 4 entspricht.
Das optische Filter ist so ausgelegt, dass es vorzugsweise selektiv eine Strahlung von 37 Grad C passieren lässt.
In dem pyroelektrischen IR-Sensor 4 löst die entsprechende Strahlung auf den aktiven strahlungsempfindlichen Elementen 41 und 42 (siehe Fig.2) eine Ladungstrennung aus.
Ein mit dem pyroelektrischen IR-Sensor 4 verbundenes und sowohl auf diesen, als auf das optische Gitter 2 angepasstes Bandpassfilter 5 bewirkt, dass die gewünschten Frequenzkomponenten des durch das optische Gitter 2 modulierten Eingangssignals in einem mit diesem verbundenen Verstärker 6 bevorzugt verstärkt werden. Durch diese Massnahme wird eine maximale Rauschfreiheit und Ansprechzuverlässigkeit erreicht.
Ein im weiteren mit dem Verstärker 6 verbundener Schwellwertdetektor 7 spricht sowohl auf positive als auch auf negative Impulse an. Dies ist insbesondere bei der Verwendung eines pyroelektrischen Dual IR-Sensors anstelle eines einfachen IR-Sensors wichtig und deshalb notwendig, weil je nach Bewegungsrichtung der Strahlungsquelle 1 -zeitlich gesehen- erst ein negativer oder erst ein positiver Impuls erzeugt wird.
Eine mit dem Schwellwertdetektor 7 verbundene Zeitauswerteschaltung 8 hat beispielsweise die Aufgabe einer ausreichenden Verzögerung eines Impulses bezüglich des Ausganges D des Schwellwertdetektors 7, um eine definierte Leuchtdauer einer über einen Ausgang F der Zeitauswerteschaltung 8 angeschlossenen Zifferblattbeleuchtung 10 zu ermöglichen. Je nach Zustand des mit einem mechanischen oder elektronischen Uhrwerk 9 verbundenen Ausgangs E der Zeitauswerteschaltung (Timer) 8 wird bei ausgelöstem Alarm durch ein ähnliches Signal am Ausgang D des Schwellwertdetektors 7 ein über einen Ausgang G mit dem Uhrwerk 9 verbundener Signalgeber 11 gestoppt. - Andererseits kann wahlweise über das Signal am Ausgang F des Schwellwertdetektors 8 aber auch eine Zifferblattbeleuchtung 10 für eine vorbestimmte Leuchtdauer eingeschaltet werden.
Eine Spannungsstabilisierung, deren Eingang H am pyroelektrischen IR-Sensor 4 liegt und deren Ausgang mit dem Verstärker 6 verbunden ist, sorgt für die nötige Unabhängigkeit der Versorgungsspannung des Eingangsteils der Auswerteanordnung bezüglich der Belastung bei Einschaltung der Zifferblattbeleuchtung 10. - Bei der Verwendung von zwei -vorzugsweise in Serie geschalteten- Batterien als Spannungsquelle, wird bei der beschriebenen Anordnung die Zifferblattbeleuchtung 10 mit der ersten Batterie und das Uhrwerk 9, mit der zweiten Batterie verbunden. Dadurch wird eine optimal mögliche, gleichmässige Entladung beider Batterien erreicht.
- Im weiteren umfasst die gesamte Anordnung einen Richtsensor 13, über den sich das Umgebungslicht detektieren lässt. Dieser ist dabei so eingestellt, dass bei genügender Helligkeit der Umgebung die Auslösung der Zifferblattbeleuchtung 10 unterdrückt wird. Dies verhindert eine unnötige Belastung der ihm die Energie liefernden Batterie.
- Der in Fig. 2 dargestellte pyroelektrische IR-Sensor 4 weist eine frequenzabhängige Empfindlichkeit auf. Dabei wird die Frequenz der maximalen Empfindlichkeit weitgehend durch einen ersten Lastwiderstand 43 und den Abstand der strahlungsempfindlichen Elemente 41 und 42 bestimmt. Das Frequenzverhalten des pyroelektrischen IR-Sensors 4 an seinem Ausgang A (siehe Fig.1) ist im übrigen durch den Arbeitsabstand und die Abmessungen vom strahlenden Körper 1 (im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist dies jeweils eine menschliche Hand) bzw. durch die Breite 21 (siehe Fig.3) des optischen Gitters 2 und dem Abstand zwischen dem optischen Gitter 2 und den strahlungsempfindlichen Elementen 41 und 42 bestimmt. In der Funktionsweise bewirkt gleiche Bestrahlung der strahlungsempfindlichen Elemente 41 und 42, dass die Spannung die über einem parallel zu diesen Elemente geschalteten Lastwiderstand gleich Null bleibt. Somit liegt über dem Lastwiderstand 43 nur dann eine Spannung an, wenn auf die strahlungsempfindlichen Elemente 41 und 42 unterschiedliche Strahlungsenergien auftreffen. Eben diese entgegengesetzte Polarisierung der strahlungsempfindlichen Elemente 41 und 42 und deren lokale Trennung bewirken die selektive Empfindlichkeit auf bewegte Strahlungsquellen, wobei konstruktiv -durch entsprechenden mechanischen Aufbau- dafür zu sorgen ist, dass die strahlungsempfindlichen Elemente 41 und 42 so mit Signalenergie beaufschlagt werden, dass möglichst keine gegenseitige Auslöschung erfolgt.
- Der Lastwiderstand 43 und ein nachgeschalteter Transistor 48 sind oft Bestandteil der pyroelektrischen IR-Sensors 4 insgesamt, wobei der numerische Wert des Lastwiderstands 43 die Empfindlichkeit und die Ansprechgeschwindigkeit bestimmen und der Transistor 48 die Aufgabe hat, die äusserst kleinen Spannungen über dem Lastwiderstand 43 vorzuverstärken. Die einzelnen Anschlusspunkte 45, 46 und 47 sind in diesem Ausführungsbeispiel für die weitere Beschaltung zugänglich.
- Fig. 3 verdeutlicht die Funktionsweise eines für sehr kurze Ansprechdistanzen optimierten optischen Gitters 2: Dieses optische Gitter 2 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer einzigen Schlitzblende mit der Oeffnung 21. Je nach der Position der Strahlungsquelle 1 bezüglich der Oeffnung 21 trifft die Strahlung auf eine unterschiedliche Stelle des optischen Filters 3 bzw. des pyroelektrische IR-Sensors 4 und damit auf dessen strahlungsempfindliche Elemente.
- Zu einem beliebigen Zeitpunkt ta trifft beispielsweise die gesamte durch die Oeffnung 21 des optischen Gitters 2 gelangende Strahlung der Strahlungsquelle 1 auf das strahlungsempfindliche Element 42 des pyroelektrischen IR-Sensors 4. Zu einem weiteren Zeitpunkt tb trifft keinerlei Strahlung der Strahlungsquelle 1 auf eines der strahlungsempfindlichen Elemente 41 oder 42. Zu einem nächsten Zeitpunkt tc trifft dann die gesamte durch die Oeffnung 21 des optischen Gitters 2 gelangende Strahlung der Strahlungsquelle 1 auf das strahlungsempfindliche Element 41 des pyroelektrischen IR-Sensors 4.
- Dabei sind der Abstand zwischen optischem Gitter 2 und den strahlungsempfindlichen Elementen 41 und 42 und die Breite der Oeffnung 21 der Schlitzblende so auf den Arbeitsabstand -Abstand zwischen Strahlungsquelle 1 und optischem Gitter 2- und die Abmessungen der Strahlungsquelle 1 abgestimmt, dass zwischen Abtastungen zu den Zeitpunkten ta und tc ein Höchstmass an Kontrast erzielbar ist.
Für die Dimensionierung sind dabei folgende Richtwerte symptomatisch: Der Arbeitsabstand sollte im Ausführungsbeispiel "Wecker" kleiner als 0.7 m und der Auslöseweg zwischen den Zeitpunkten ta und tc ca. 20-30 cm betragen. Für die Abmessungen der Strahlungsquelle werden im Ausführungsbeispiel "Wecker" vorzugsweise die Abmessungen der menschlichen Hand verwendet. -
- In diesem Falle bedeutet also Arbeitsabstand die Entfernung vom Wecker, bei der dieser selektiv ansprechen soll und der Auslöseweg stellt das Winkelfeld dar, welches zu überstreichen ist, um ein sicheres Auslösen zu erzeugen. Im vorliegenden Beispiel hat sich ein idealer Abstand von ca. 5mm ergeben.
- In den Figuren 4a bis 4c sind verschiedene Stromlaufdiagramme, wie sie typisch beim Passieren einer Strahlungsquelle beim Weckeraufbau auftreten, aufgetragen. Die aus den zuvor gewonnenen Erkenntnissen auftretenden Periodenzeiten für übliche Handbewegungen bewegen sich dabei im Bereich von etwa 0.05-0.5 Sekunden.
- Fig. 4a zeigt den Strom- bzw. Spannungsverlauf beim strahlungsempfindlichen Element 41. Die Strom- bzw. Spannungsamplitude erreicht zum Zeitpunkt ta ihren maximalen Wert.
- Fig. 4b zeigt den Strom- bzw. Spannungsverlauf beim strahlungsempfindlichen Element 42. Die Strom- bzw. Spannungsamplitude erreicht hier ihren maximalen Wert zum Zeitpunkt tc.
- Fig. 4c zeigt den am Ausgang eines pyroelektrischen DUAL-IR-Sensors anliegenden Spannungsverlauf, der von der nachfolgenden Elektronik verarbeitet wird.
- In den Figuren 5a und 5c sind Ausführungsbeispiele des optischen Gitters 2 gezeigt.
- In Fig. 5a zeigt eine Vorderansicht in Prinzipdarstellung. Durch die Oeffnung 21 der Schlitzblende des optischen Gitters 2 sind die dahinterliegenden strahlungsempfindlichen Elemente 41 und 42 des pyroelektrischen IR-Sensors 4 und das optische Filter 3 sichtbar. Fig. 5c zeigt die Lösung mit einem pyroelektrischen Single-IR-Sensor 4.
- In Fig. 5b ist die Seitenansicht dargestellt und dabei besonders gut die Krümmung des optischen Gitters erkennbar. Eine vorteilhafte Krümmung verläuft dabei parallel (was natürlich konstruktiv nur bedingt realisierbar ist.) zu den strahlungsempfindlichen Elementen 41 und 42. Diese Krümmung bewirkt, dass über das gesamte Gesichtsfeld X der Oeffnung 21 der Schlitzblende der Abstand zwischen strahlungsempfindlichen Elementen 41und 42 und dem optischen Gitter 2 konstant bleibt. Daraus ergibt sich der elektrische Vorteil, dass das Verhalten des Ausgangssignals über das gesamte Gesichtsfeld X weitgehend konstant bleibt.
Gegenüber einer flachen Ausführung des optischen Gitters 2 bedeutet dies eine Vergrösserung des Gesichtsfeldes bzw. des Winkels unter dem eine Strahlung auf den pyroelektrischen IR-Sensor gelangt. - In den Figuren 6a und 6b ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines optischen Gitters 2 gezeigt.
- Fig. 6a zeigt die prinzipielle Anordnung des optischen Gitters 2, des optischen Filters 3, des pyroelektrischen IR-Sensors 4 und der durch das visuell vergrösserten strahlungsempfindlichen Elemente 41 und 42.
- Fig. 6b zeigt an Stelle des optischen Filters 3 eine Linse 22, die in diesem Ausführungsbeispiel eine Zylinderlinse ist. Die Linse 22 dient der Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit der Anordnung und dies wird dadurch realisiert, dass die Linse 22 eine grössere Menge an Strahlung auf die visuell vergrösserten strahlungsempfindlichen Elemente 41 und 42 bündelt. Der Abstand zwischen der Linse 22 und den strahlungsempfindlichen Elementen 41 und 42 entspricht dabei etwa der Brennweite der Linse 22.
- Die Linsenkrümmung der Linse 22 verläuft in etwa entlang der Kontur der strahlungsempfindlichen Elemente 41 und 42. Dies dient zur Homogenisierung des Ansprechverhaltens bzw. zur Vergrösserung des Gesichtsfeldes X.
- Fig.7 zeigt ein konstruktives Detail des Einbaues eines pyroelektrischen Sensors 4 in ein übliches Weckergehäuse, wobei es ganz besonders wichtig ist, dass der pyroelektrische IR-Sensor unter einem solche Winkel W angebracht ist, dass das von seinem Signalfeld via optisches Gitter bestreichbares Auslösefeld vom Benutzer abgewendet ist, sodass zur Auslösung eine bewusste und gewollte Bewegung erforderlich ist und unbeabsichtigte Auslösungen vermieden werden können. Dazu ist auch erforderlich, dass die Schlitzblende assymmetrisch zur Aufnahme des pryroelektrischen IR-Sensors angeordnet ist.
- Fig. 8 zeigt die elektronischen Details der Auswerteschaltung des Ausführungsbeispiels. Am Eingang der Schaltung liegt der pyroelektrische IR-Sensor 4. Diese Schaltung weist zudem einen (s.Fig.2b) FET-Vorverstärker 48 auf. Ein erster Ausgang 45 bildet dabei den Drainanschluss des FET-Vorverstärkers 48 und ein zweiter Ausgang 46 den Sourceanschluss des FET-Vorverstärkers 48. In der Schaltung ist der Drainanschluss dann über einen ersten Widerstand 44 mit der Versorgungsspannung U verbunden. Der Sourceanschluss ist über einen zweiten Widerstand 54 mit der Masse 0 verbunden. Parallel zum zweiten Widerstand 54 liegt eine Kapazität 53. Auch diese Beschaltung dient zur Spannungsverstärkung bezüglich des Anschlusspunktes A. -Gegenüber einer bekannten Source-Follow-Schaltung, die bekanntlich nur eine Stromverstärkung bewirkt, wird die Leistungsverstärkung des Vorverstärkers durch diese Massnahme um Grössenordnungen verbessert.- Zudem unterdrückt diese Art der Schaltung niedrige Frequenz- und Gleichstromanteile, d.h. es werden vorzugsweise die gewünschten Frequenzanteile verstärkt.
- Das Bandpassfilter 5 ist aus den RC-Gliedern, einer zweiten Kapazität 51, einem dritten Widerstand 52, einer dritten Kapazität 53, einem vierten Widerstand 54 und einer vierten Kapazität 55 und einem fünften Widerstand 56 gebildet. Diese RC-Glieder bilden eine Bandpasscharakteristik, deren untere Grenzfrequenz durch das RC-Glied (zweite Kapazität 51, dritter Widerstand 52) und deren obere Grenzfrequenz durch das RC-Glied (dritte Kapazität 53, vierter Widerstand 54) bestimmt wird. Dabei ist die untere bzw. obere Grenzfrequenz auf die zuvor beschriebene Modulation des Eingangssignals abgestimmt. Durch diese Massnahme wird die Selektion der gewünschten Signale -beispielsweise resultierend aus einer Handbewegung- weiter begünstigt und damit die Ansprechzuverlässigkeit erhöht.
- Eine solche Bandpasscharakteristik liegt entsprechend der Dimensionierung des optischen Gitters 2 etwa bei 2-20 Hz.
- Der dem Bandpassfilter 5 nachgeschaltete Verstärker 6 umfasst in der vorliegenden Schaltung einen Operationsverstärker 61. Der Verstärker 6 ist dann mit dem Schwellwertdetektor 7 verbunden, der -wie schon vorgehend erwähnt- sowohl auf positive, als auch auf negative Impulse anspricht. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von pyroelektrischen DUAL-IR-Sensoren notwendig, weil je nach Bewegungsrichtung der Strahlungsquelle 1, erst ein positiver oder erst ein negativer Impuls erzeugt werden kann.
Die Schwellwertspannung wird dabei durch einen sechsten Widerstand 71 und einen siebten Widerstand 72 sowie einen achten Widerstand 73 und einen neunten Widerstand 74 definiert.
Ein erster Transistor 76 und ein zweiter Transistor 77 sind im Schwellwertdetektor polaritätsverschieden geschaltet, d.h. ist beispielsweise der erste Transistor 76 ein pnp-Typ, so ist der zweite Transistor 77 ein npn-TYP. Das Verhältnis des sechsten Widerstandes 71 und des siebten Widerstandes 72 bzw. das des achten Widerstandes 73 und das des neunten Widerstandes 74 werden so bestimmt, dass bei fehlendem Signal am Eingang C die Spannungen über den Widerständen 74 und 71 kleiner sind als die Basisdurchbruchspannungen der Transistoren 76 und 77.
Somit sperren bei fehlendem Eingangssignal beide Transistoren. Trifft hingegen ein positiver Impuls am Eingang C des Schwellwertdetektors 7 ein, so wird der zweite Transistor 77 leitend und schaltet am Ausgang D auf die nachfolgende Stufe. Trifft aber ein negativer Impuls am Eingang C des Schwellwertdetektors 7 ein, so wird der erste Transistor 76 leitend und versetzt damit auch den zweiten Transistor 77 in leitenden Zustand. Somit wird also -in beiden zuvor beschriebenen Fällen- ein Sinal an die Zeitsteuerungseinheit 8 abgegeben. - Die Spannungsstabilisierung 12, gebildet aus einem zweiten Lastwiderstand 121 und einer zweiten Lastkapazität 122, stabilisiert die Versorgungsspannung U des pyroelektrischen IR-Sensors 4 und des Eingangsteils des Verstärkers 6. Dies bewirkt eine sehr grosse Unabhängigkeit bezüglich der Belastungen von U. Beispielsweise kann die Speisung U von einer Batterie kommen und damit würde die Batteriespannung bei Belastung durch eine Glühlampe -ohne Stabilisierung- beträchtliche Schwankungen aufweisen. Solche Schwankungen können wegen der notwendig hohen Verstärkung des Eingangssignals zu Störungen führen und müssen damit vermieden werden.
Zudem wird angestrebt durch die Spannungsstabilisierung 12 auch das Verhalten der aus den Widerständen 44 und 54, sowie der Kapazität 53 gebildetetn Schaltung bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen zu kompensieren. Dies wird also durch den zuvor erwähnten zweiten Lastwiderstand 121 und die zweite Lastkapazität 122, die zwischen die Versorgungsspannung U und Masse 0 geschaltet sind, erreicht.
Zusätzlich ist eine weitere dritte Lastkapazität 123 zwischen die Versorgungsspannung U und eine Erdung K geschaltet, womit ähnlich einer Konstantspannungsquellen-Kompensation ein ähnliches Verhalten für den pyroelektrischen IR-Sensor 4 erreicht wird. - Die Figuren 9a bis 9c zeigen die wesentlichen Merkmale des räumlichen Aufbau der mechanischen Komponenten eines Ausführungsbeispiels in Form eines Weckers.
Das in Fig. 9a in einer Explosionsdarstellung gezeigte Weckergehäuse W enthält eine übliche Uhrenanordnung mit einem elektromechanisch ausgeführten Uhrwerk 9, (welches in der vorliegenden Figur nur durch das entsprechende Bezugszeichen angedeutet ist.) dem an der dachseitigen Fläche des Weckergehäuses W vorgesehenen optischen Gitter 2. Die durch Handbewegungen auszulösenden Strahlungssignale erfolgen also in diesem Ausführungsbeispiel durch Ueberstreichen des Weckers mit einer Handbewegung.
Wie in Fig.9b -in einer Seitenansicht des gleichen Weckergehäuses in teilweise Prinzip- Darstellung gezeigt- dargestellt ist für das entsprechende Funktionieren der Anordnung vorgesehen, dass der pyroelektrische IR-Sensor 4 im Winkel W von etwa 90 Grad zur Standfläche des Gehäuses des Weckers befestigbar ist und, dass das optische Gitter 2 unter etwa dem gleichen Winkel über dem IR-Sensor befestigt wird. - Fig. 10a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel bezüglich der konstruktiven Ausführung des entsprechenden Weckergehäuses und dem darin anzuordnenden Uhrwerk 9 und dem optischen Gitter 2.
- Fig. 10b stellt die Seitenansicht des gleichen Ausführungsbeispiels dar und dabei ist wiederum der Winkel W unter dem der pyroelektrische IR-Sensor angebracht ist von ausschlaggebender Bedeutung, nämlich so, dass der hier gegen die Frontseite gerichtete Sensor nicht direkt gegen den Benutzer gerichtet ist. Durch die Orientierung der Oeffnung 21 (in dieser Fig.10b nicht speziell bezeichnet; siehe Fig.3) der Schlitzblende des optischen Gitters 2 wird die Richtung des Gesichtsfeldes X -d.h.des ansprechempfindlichen Bereiches festgelegt.
Vorzugsweise liegt dieser Bereich über der Standfläche des Weckergehäuses W. Dadurch werden Auslösebewegungen, die auf annähernd gleicher Höhe wie die der Standfläche des Weckergehäuses W oder tiefer liegen zur Auswertung nicht erfasst. Die Neigung des Empfindlichkeitsvektors bezüglich der Horizontalen verhindert Fehlauslösungen durch Bewegungen eines Schlafenden in der Nähe des Weckers. Der Elevationswinkel W des Auslösevektors beträgt im Ausführungsbeispiel ca. 20 Grad. - Fig. 10c zeigt eine Frontansicht des mechanischen Aufbau eines Weckers, dabei ist die Einbaulage des pyroelektrischen IR-Sensors 4 in etwa prinzipiell ersichtlich, insbesondere auch hinsichtlich der Standfläche des Weckergehäuses. Durch die teilweise aufgeschnittene Darstellung werden die strahlungsempfindlichen Elemente 41 und 42 des pyroelektrischen IR-Sensors 4 sichtbar. Die Anordnung derselben ist so, dass deren Längsachse sich parallel zur Standfläche des Weckergehäuses bewegt, d.h. die Elemente 41 und 42 sind übereinanderliegend angeordnet. Damit wird funktionell der Bewegungsrichtung eine erhöhte Empfindlichkeit senkrecht zur Standfläche zugeordnet. Bewegungen parallel zur Standfläche des Weckergehäuses W führen zu keiner Auslösung. Durch diese Massnahmen wird damit verhindert, dass eine Auslösung beim Vorbeilaufen einer Person am Wecker erfolgt.
- In den Figuren 11a und 11b wird ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem die vertikale Anordnung des Weckers durch ein Aufbau ersetz wird bei dem eine gegen die Frontseite abgekrümmte Seitenwand zur Aufnahme des pyroelektrischen IR-Sensors vorgesehen ist.
- Fig. 11a verdeutlicht die Anordnung des Sensors neben dem konventionellen Uhrwerk 9.
- Fig. 11b verdeutlicht in einer Draufsicht die gleiche Anordnung wie in Fig. 11a die mechanisch-örtliche Lage der Komponenten und die Richtung des Auslösevektors. Der Evalationswinkel W beträgt dabei ca 45 Grad.
Claims (13)
- pyroelektrischen IR-Sensor (4) als Signaldetektor,
- mit diesem zur Strom- und Spannungsverstärkung verbundenen FET-Vorverstärker (48),
- dem pyroelektrischen IR-Sensor (4) vorgeschalteten optischen Gitter (2),
- dem pyroelektrischen IR-Sensor (4) nachgeschalteten Bandpassfilter (5) und mit diesem verbundenen Verstärker (6),
- dem Verstärker (6) nachgeschalteten Schwellwertdetektor (7) und einer mit dieser verbundenen Zeitauswerteschaltung -Timer (8),
wobei das Bandfilter (5) so einstellbar ist, dass dessen Resonanzfrequenz der höchstmöglichen Verstärkung des pyroelektrischen IR-Sensors entspricht.
dadurch gekennzeichnet, dass das optische Gitter (2) durch eine Schlitzblende (21) gebildet ist.
dadurch gekennzeichnet, dass das optische Gitter (2) durch eine Zylinderlinse (22) gebildet ist.
dadurch gekennzeichnet, dass dem optischen Gitter (2) ein temperaturselektives optisches Filter (3) nachgeschaltet ist.
dadurch gekennzeichnet, dass als pyroelektrischer IR-Sensor (4) ein DUAL-IR-Sensor eingesetzt ist.
dadurch gekennzeichnet, dass die FET-Schaltung (48) so ausgebildet ist, dass die Wechselspannungs-Verstärkung grösser als die Gleichspannungsverstärkung ist.
dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwertdetektor durch zwei gegenpolige Transistoren (76,77) gebildet ist, wobei deren Basis jeweils über je einen Spannungsteiler der zwischen Eingang und einer ersten Referenzspannung einerseits und zwischen Eingang und einer zweiten Referenzspannung andererseits geschaltet ist und wobei deren Emitterpolarität der Referenzspannungspolarität entspricht.
dadurch gekennzeichnet, dass der Timer (8) über eine Zifferblattbeleuchtung (10) mit einem Lichtsensor (13) verbunden ist, über den sich die Einschaltung derselben blockieren lässt.
dadurch gekennzeichnet, dass das optische Gitter (2) so im Gehäuse (30) angebracht wird, dass die Auslöse bewegungen ein Maximum an Signalenergie in den strahlungsempfindlichen Elementen (41, 42) des pyroelektrischen IR-Sensors (4) erzeugen.
dadurch gekennzeichnet, dass das optische Gitter (2) und der pyroelektrische IR-Sensor (4) in einer annähernd vertikal verlaufenden Gehäusewand vorgesehen sind und in einem gegen die Horizontale des Gehäusebodens ausgerichteten und geneigten Winkel angeordnet sind.
dadurch gekennzeichnet, dass das optische Gitter (2) und der pyroelektrische IR-Sensor (4) in einem etwa horizontal verlaufenden Gehäusedach eines Gehäuses (30) vorgesehen sind und dabei parallel zum Gehäusedach angeordnet sind.
dadurch gekennzeichnet, dass der pyroelektrische DUAL-IR-Sensor (4) so in der vertikal verlaufenden Gehäusewand des Gehäuses (30) eingebaut ist, dass strahlungsempfindlichen Elemente (41, 42) übereinander angeordnet sind, sodass bevorzugt Bewegungen in vertikaler Richtung detektiert werden.
dadurch gekennzeichnet, dass das optische Gitter (2) aus einer Schlitzblende mit zentralsymmetrischer Oeffnung (21) besteht, durch die nur jeweils -abhängig vom Auslöseort und von der Grösse des Auslösegegenstandes- die Strahlung auf ein einziges strahlungsempfindliches Element (41, 42) des pyroelektrischen IR-Sensors (4) gelangen kann.
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