改进的pir移动传感器的制作方法

专利名称：改进的pir移动传感器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及移动传感器。
背景技术：
在先申请公布的简单PIR移动传感器具有低错误警报率和最小处 理要求，其能够区分例如人的大目标和例如动物的小的移动目标，以 使得仅当存在未经许可的人、而非宠物时发出警报。在通过参考合并于此的USPN第5,923,250号专利中公布了 一种移 动传感系统，其利用所监控空间的体积之间的盲区来减少由小动物引 起的错误警报。移动目标不由探测器间信号的同步差异显示(例如不 同的频率)，而是当移动目标穿过该体积时，简单地由记录探测器交替 产生的信号时间顺序来显示。本发明发现在先申请的原理可经创造性 的修改应用于第5，923，250号专利公布的系统，以消除对盲区的需要并 维持功能。发明内容在本发明的第 一 方面中，改进传感器的光电系统响应于人类移动 产生两个频率不同的信号。然而，对于例如白光、振动、温度变化、 射频电磁辐射等的探测器干扰刺激，所述系统只产生单频信号。信号 被送入所述传感器的处理系统，其利用是否存在两个频率来区分移动 目标和非移动干扰刺激。因此，改进的传感器对于干扰刺激而不是移 动目标显示移动的可能性更低。在移动传感器用于探测人类入侵者时 这被称为错误警报。此外，所述传感器能够通过评测所述两个不同频 率信号间的波峰并列来确定移动的方向，这样该传感器可以用于例如， 只在人类从特定的方向接近门时开门。在本发明的第二方面中，所述改进传感器的光电系统产生多个信
号，所述多个信号来自所述传感器监控的空间内子体积的二维阵列。 所述传感器的信号处理系统将所述信号用作关于移动目标大小的信 息，以使得拒绝源于非人类(如小动物)移动的信号。如果需要的话， 两个方面可以结合以生产在所述所有三个领域均得以改进的传感器。因此，在第一方面中无源红外(IR)移动传感器包括第一IRJ果测 器，其当移动目标进入第 一探测器的探测体积时输出具有第 一频率的 第一信号；第二IR探测器，其当移动目标进入第二探测器的探测体积 时输出具有第二频率的第二信号；以及处理系统，其接收该第一和第 二信号并输出表示移动目标的探测信号。在优选的实施方案中，每一探测器包括两个元件，第一探测器的 元件在彼此之间限定了第 一 中心至中心间距，第二探测器的元件在彼 此之间限定了第二中心至中心间距。这可以通过将第 一探测器的元件 与第二探测器的元件制造为不同大小来实现，和/或通过配置第 一探测 器与第二探测器具有不同的元件数量来实现。在非限制性的实施方案中，第一和第二探测器布置在单一外壳中 的同一基底上。在另一实施方案中，第一和第二探测器布置在彼此分 开的外壳中，并且第 一探测器监控的第 一空间体积与第二探测器监控 的第二空间体积至少部分光学重叠。在优选的实施方案中，第一探测器可具有至少两排元件且每排至 少两个元件，并且第二探测器可具有至少两排元件且每排至少两个元 件。第 一探测器监控的子体积与第二探测器监控的子体积至少部分光 学重叠。本发明的另 一 方面提供了 一种用于在监控空间内区分移动目标和 具有非连续辐射特征的非移动目标的方法，包括接收来自第一无源IR 探测器的第一频率和来自第二无源IR探测器的第二频率，并且第 一和 第二频率不相等。所述方法还包括仅当基本同时接收到第一和第二频率时才输出表示移动目标存在的信号。否则，不会输出表示移动目标 存在的信号。在又一方面，将处理系统连接到第一和第二 PIR探测器，该处理 系统用于仅当来自两个探测器的信号频率彼此不同时才输出探测信号。在另一方面，移动传感器包括第一无源IR探测器，其具有至少两 排元件且每排至少两个元件。第一无源IR探测器监控第一空间子体 积。第二无源IR探测器，其具有至少两排元件且每排至少两个元件。 第二无源IR探测器监控第二空间子体积。光学系统使第 一和第二子体 积至少部分光学重叠。在所述方面的优选实施方案中，第一IR探测器输出表示第一维中 一点或多点的第 一信号，而第二 IR探测器输出表示第二维中 一点或多 点的第二信号。所述第一维可以是笛卡尔坐标系中的x方向而第二维可以是笛卡尔坐标系中的y方向。或者，所述维度可以是极坐标系中 的"r"和W。所述信号可以表示正负极性，并且处理器可以利用所述极性来区 分目标移动的方向。同样，所述处理器可以利用所述信号来确定^t活 的坐标，从而至少确定移动目标的大小。特别地是，所述处理器可以 确定被同时激活的坐标数量是否等于阈值并基于此确定是否激活警 报。在另一方面，PIR传感器包括第一探测器，其配置为用于输出至 少表示沿第 一维的两个点之一的信号。所述第 一探测器从第 一空间监 控子体积接收IR辐射。第二探测器配置为用于输出至少表示沿不同于 第 一维的第二维两个点之一的信号，所述第二探测器从第二空间监控 子体积接收IR辐射，且第 一 空间监控子体积与第二空间监控子体积至少部分重叠。在一种替代实施方案中，无源红外(IR)移动传感器具有输出第 一信号的第一 IR探测器，当移动目标穿过第一探测器的探测体积时所 述第一信号具有第一频率；以及输出第二信号的第二IR探测器，当移 动目标穿过第二探测器的探测体积时所述第二信号具有不同于第 一频 率的第二频率。处理系统接收所述第 一和第二信号并基于此输出表示 移动目标的探测信号。所述探测器彼此大小相同，并且第一探测器设 置有具有第 一焦距的第 一光学系统，第二探测器设置有第二光学系统， 所述第二光学系统具有不同于第 一焦距的第二焦距。
如果需要的话，所述第一和第二探测器可安装在彼此分开的外壳 内。在非限定性的实施方案中，每一探测器各具有且只具有两个元件， 所述元件彼此大小相等且第 一探测器元件间的间距与第二探测器元件 间的间距相等。根据上述最后一个方案的另一方面，提供了一种用于在监控空间收来自第一无源IR探测器的第一频率和接收来自第二无源IR探测器 的第二频率，并且第一和第二频率不相等。所述探测器的大小和配置 均相同但是具有各自焦距不同的光学系统。所述方法还包括仅当基本 同时接收到第一和第二频率时才输出表示存在移动目标的信号。否则， 不会输出表示存在移动目标的信号。在另一方面，移动传感器包括具有且只具有两个元件的第一无源 IR探测器，定义所述元件间的间距为第一间距。所述第一无源IR探 测器监控第一空间子体积。第二无源IR探测器具有且只具有两个元 件，定义所述元件间的间距为第二间距。所述第二间距与所述第一间 距相等且所有四个元件的大小彼此相同。所述第二无源IR探测器监控 第二空间子体积。光学系统使第 一 和第二空间子体积至少部分光学重 叠。所述光学系统限定了与第 一探测器相关的第 一焦距以及与第二探 测器相关的第二焦距。所述第一和第二焦距彼此不相等。在另一实施方案中，PIR移动传感器包括红外探测器，所述红外 探测器具有分别产生第一和第二信号的第一和第二元件。每一元件包 括第 一部件和第二部件。系统将所述第 一和第二信号加到 一起以形成 总信号。系统还将一个信号从另一个信号减去以形成差分信号。当所 述总信号的频率与所述差分信号的频率不同时，该系统输出表示移动 目标的探测信号，否则不会输出探测信号。所述第一元件可监控第一空间体积，其可与所述第二元件监控的 第二空间体积光学重叠或交叉。每一探测器可分别具有且只具有两个 大小相等的正负部件。如果需要的话，所述正部件可彼此物理靠近且 没有任何负部件插入，并且所述负部件可彼此物理靠近且没有任何正 部件插入。在非限定性的实施方案中，所述部件在基底上以下述顺序
成一直线地布置所述第一元件的正部件，所述第二元件的正部件， 所述第二元件的负部件，所述第一元件的负部件。 一个元件的所述部 件彼此电连接。在后一实施方案的另一方面，提供了一种用于在监控空间内区分 移动目标和具有非连续辐射特征的非移动目标的方法包括提供第一 和第二探测器元件，该第一和第二元件分别产生第一和第二信号。该方法还包括将所述第一和第二信号加到一起以形成总信号，以及将一 个信号从另一个信号减去形成差分信号。当所述总信号的频率与所述 差分信号的频率不同时，显示移动目标，否则不显示移动目标。在后一实施方案的又一方面，移动传感器包括具有且只具有两个 部件的第一无源IR探测器元件，其监控第一空间子体积，以及类似地 具有且只具有两个部件的第二无源IR探测器元件，其监控第二空间子 体积。光学系统可使得第一和第二空间子体积至少部分重叠。所述移 动传感器具有系统，其仅当所述元件产生的信号之差的频率与信号之 和的频率不同时显示移动目标。在另一实施方案中，PIR移动传感器至少包括第一和第二探测部 分，每一探测部分包括至少一个光学元件和至少一个探测器，所述探 测器至少具有正极和负极探测器元件。光学元件组合以建立四个或更 多的监控空间体积，在任意两个相邻的体积之间基本上不存在任何没 有监控的盲区。所述第 一探测部分监控第 一体积而第二探测部分监控 第二体积，并且所述第一和第二体积空间依次交替。移动目标引起所 述探测器的所述第 一部分输出信号，其频率与所述探测器的所述第二 部分输出的信号频率不同，并且非移动刺激引起两个探测器输出同样 的频率。为了产生区分移动目标和非移动刺激的频率，第 一 探测部分的探 测器元件与第二探测部分的探测器元件大小可以不同。另外地或可选 地，所述第 一探测部分相邻探测器元件间的间距与所述第二纟笨测部分 相邻探测器元件间的间距可以不同。或者，所述第一探测部分的光学 元件的焦距与所述第二探测部分的光学元件的焦距可以不同。作为另 一种基于频率地区分移动目标和非移动刺激的方法，所述第 一探测部
分的光学元件的透镜元件数量，与所述第二探测部分的光学元件的透 镜元件数量可以不同。在附加实施方案的另一方面，移动传感器至少包括交替地监控空 间体积的第一和第二探测部分，在任意两个监控体积之间基本不存在 没有监控的竖直盲区。每一探测部分至少包括一个光学元件和至少一 个探测器，该探测器具有至少正极和负极探测器元件，并且移动目标 引起所述探测部分输出的频率彼此不同，而非移动刺激引起两个探测 器输出同样的频率。在又一方面，移动传感器至少包括交替地监控空间体积的第 一和 第二探测部分。每一探测部分包括至少一个光学元件和至少具有正负 探测器元件的至少 一个探测器，并且移动目标引起所述探测部分输出 的频率彼此不同，而非移动刺激引起两个探测部分输出同样的频率。在另 一 方面，移动传感器至少包括交替地监控空间体积的第 一和 第二探测部分，在任意两个监控体积之间不存在没有监控的竖直盲区。每一探测部分包括至少一个光学元件和至少具有正负探测器元件的至少一个PIR探测器。参考附图可很好地理解本发明结构和操作的细节，在附图中相同 的参考数字对应相同的部件。


图1是本系统的结构框图；图2是传感器第一实施方案的示意图，其中在一个外壳中的同一 基底上具有不同大小的探测器，图2示出了探测器的俯视图以及传感 器的符号图和功能图；图3是传感器第二实施方案的示意图，其中两个探测器放置在分 开的外壳中，图3示出了探测器的俯视图以及传感器的符号图和功能 图；图3a是图3中示出的传感器第二实施方案的替代实施方案示意 图，其具有与图3相同的功能图，但具有包括不同焦距光学系统的同 样大小的探测器，图3a示出了探测器的俯视图以及传感器的符号图； 图4是图2和图3中传感器产生的信号图；图5是传感器第三实施方案的示意图，其中探测器放置在分开的 以正交维数布线的外壳中，图5示出了探测器的俯视图以及传感器的 符号图和功能图；图6是传感器第三实施方案又一实施方式的示意图，其中探测器 放置在分开的以正交维数布线的外壳中，图6示出了探测器的俯视图 以及传感器的符号图和功能图；图7是传感器第四实施方案的示意图，其中不同大小的探测器放 置在分开的以正交维数布线的外壳中，图7示出了探测器的俯视图以 及传感器的符号图和功能图；图8是传感器第四实施方案又一实施方式的示意图，其中不同大 小的探测器放置在分开的以正交维数布线的外壳中，图8示出了探测 器的俯视图以及传感器的符号图和功能图；图9是传感器第四实施方案又一实施方式的示意图，其中不同大 小的探测器放置在分开的以正交维数布线的外壳中，图9示出了探测 器的俯视图以及传感器的符号图和功能图；图10是用于利用复数频率以得到代表移动目标的输出的逻辑流 程图；图ll是用于利用图5至图9的二维传感器以得到代表移动目标的 输出的逻辑流程图；图12是传感器又一实施方案的示意图，其示出探测器的俯视图以 及传感器的符号图和功能图，并且示意性地示出了人物形体；图13是图12中传感器产生的信号图；图14是一种可选的移动传感器系统的框图；图15是示出监控空间体积侧一见图的示意图，且图16至图21是图14中示出系统的多种实施方案的示意图，每一 图均示出多种探测器各自的功能图(每一 图均源自之前附图中的探测 器元件的俯视图)和符号图。优选实施方案 首先参照图1，其中示出了由标号IO表示的、用于探测例如人的 移动目标12的系统。系统10包括光学系统14,其用于将目标12的 像聚焦于无源红外(PIR)探测系统16上，可包括适当的镜子、透镜 和本领域7>知的其它元件。下文将讨论PIIU罙测系统16的各种实施方 案。根据所示的流程图，PIR探测系统16响应移动目标12产生信号， 该信号可经信号处理电路18过滤、放大并数字化，然后由处理系统 20 (例如计算机或者专用集成电路)接收并确定是否激活声音或视觉 警报22或其它输出装置，例如对门等的激活系统。在描述了整体系统结构之后参考图2，其示出了本发明PIR传感 器的第一个示例性实施方案。如图所示，用于PIR传感器24的IR探 测装置可包括单个的、优选为陶瓷的基底26,在其上形成第一和第二 PIR探测器28、 30。在图2中示出的实施方案中，第一探测器28具有 四个元件32 (两对电连接在一起的正极元件和负极元件)，第二探测 器30具有两个元件34 ( —对正极元件和负极元件)，每对通过电连接 结合的元件32、 34均基本呈"H"形。可以理解在与基底26所示一侧相 反的一侧上，探测器28， 30包括补充组件(例如下面说明的板)，其 与示出的元件一起构成元件32、 34。所述相反一侧的板之间的连接用 虚线表示。探测器28， 30可以是测量远红外辐射变化的热电探测器。热电探 测器通过压电效应工作，当存在机械压力时压电效应引起电荷迁移。 热电探测器采用电容器的形式——由电介质隔开的两块导电板。该电 介质通常为压电陶瓷并且在本文中被称为基底。当远红外辐射在陶瓷 中引起温度变化(并因此引起一定的机械压力)时，电荷由一块板向 另一块转移。如果没有外电路连接到探测器，则当"电容器"充电时 将产生电压。如果板间有外电路连接，则有电流流动。根据这一原理，第一探测器28的相邻元件32间中心至中心的间 距"d,"小于第二^t笨测器30的相邻元件34间中心至中心的间距"d2，，。 如图2所示，此差别可通过将第二探测器30的元件34制造得比第一 探测器28的相邻元件32更大而实现。也可以通过使第二探测器元件 34比第一探测器元件32间隔开得更远，并且/或者通过提供比第一探
测器元件32少的第二探测器元件34而实现。图2还示出了根据上述热电探测器原理的、具有元件32、 34的探 测器28、 30的功能图，图中显示了由传感器监控的子体积(sub-volume ) 的相对大小、形状和极性(即元件大小、形状和极性的投影)，并说明 了两个探测器28、 30可安装在单一的外壳35中。图2还示出了符号 示意图，其中电容器表示探测器28、 30的元件32、 34,点表示极性。图3示出了用于PIR传感器35的IR探测器装置，其具有第一和 第二探测器36、 38，除了每一探测器36、 38均安装在其各自的基底 40、 42上之外，二者所有主要方面的配置均与图2所示的4笨测器28、 30基本相同。基底40、 42可包含在各自的外壳44、 46中。根据图3 示出的实施方案，将光学系统14(图1 )放置为使得两个优选为不同 的空间子体积分别由探测器36、 38监控，并使得两个子体积在相似的 光组件后彼此光学叠加。基本上，选择复合光学光组件的组合，以使 得两个探测器监控的子体积占据相同空间的至少 一部分。相比图2示出的实施方案，由于不同大小的元件完全地功能重叠， 所以不管图像大小图3的传感器均产生两个信号频率。因此该传感器 比图2示出的传感器更少地依靠目标大小而产生探测，后者要求足够 大的目标在两个监控的子体积中均出现。图3还包括功能图，其说明了两组监控的子体积纵向截面的长宽 比和并列。如果需要的话，两组探测器可接线到一起以提供组合信号， 这样可减少传感器所需的放大器数量，但需要额外的信号处理以分开 两个频率。图3a示出了另一探测器布置，其功能图与图3所示的功能图相同。 PIR传感器35a具有在大小和配置的所有主要方面均彼此相同的第一 和第二探测器36a、 38a, 二者安装在各自的基底40a、 42a上。基底 40a、42a可分别包含在外壳44a、 46a中。如图3a所示每一探测器36a、 38a均有两个且只有两个元件(正和负)，且所有元件大小都相等，第 一探测器36a和第二探测器38a元件间的间距相等。根据图3a所示的实施方案，探测器36a、 38a在光学系统14中各 自具有不同焦距的光学系统。例如在复合光学的焦距比为2:1的情况
下，探测器36a对应的光学系统具有光学元件的数量可为探测器38a 对应的光学系统具有光学元件数量的二倍。放置探测器36a、 38a的光 学系统以使两个探测器监控的子体积至少占据相同空间的一部分。相比图2示出的实施方案，由于不同大小元件的完全功能重叠， 所以不管图像大小图3的传感器均产生两个信号频率。因此该传感器 比图2示出的传感器更少地依靠目标大小而产生探测，后者要求足够 大的目标在两个子体积中均出现。图4说明图2和图3中所示传感器输出的信号。为了简化，将参 照图3示出的探测器36、 38。信号集(a)上部两个信号48、 50是当 存在人移动穿过探测器监视的子体积时，由第一探测器36的分开元件 输出的，而信号集(a)中两个信号52、 54是当存在移动的人时，由 第二探测器38的分开元件输出的。如图所示，探测器元件输出的汇总 信号49和53的频率不同(在示出的实施例中49高于53)。当中心至 中心的间距比例为2:1时，各探测器输出信号的频率比同样为2:1。此 外，在存在移动目标的情况下，第一探测器高频信号49的第一峰值与 第二探测器低频信号52的最大正坡度基本同时发生。当存在移动目标 时，通过识别这些特征(以及不同的峰值/坡度极性的类似后续特征) 可识别移动目标。相反，信号集(b)表示响应于发自固定源的、亮度变化的非聚焦 白光的探测器输出。由于"相同"和相反元件的响应基本上仅彼此消 除，所以出现了所示信号。如参考图4可理解的，在所述情况下，分 别由探测器36、 38输出的元件汇总信号57、 61的频率相等，并且能 够轻易地从信号集(a)的双频信号区別出来，因此降低了源于亮度变 化的非聚焦白光的错误警报可能性。此外，从探测器36、 38产生的信号图案中，通过信号波形峰值极 性图案可识别人类目标12的移动方向。例如，如上文参考图3的功能 图所提到的，当移动目标12从左侧进入较大的(+ )监控子体积时， 其同时引起相应探测器元件的(+ )信号坡度，以及左手边(+ )较小 的重叠子体积所对应元件的(+ )信号峰值。该目标如果在较大的(+ ) 监控子体积内相同方向上继续移动，则会引起相应的探测器元件的(+ )
信号峰值。所述目标如果在较大的(+ )监控子体积内仍然继续，则会 同时引起相应探测器元件的(-)信号坡度，以及右手边(-)较小的 重叠子体积所对应元件的(-)信号峰值。在上述情况下，匹配极性的 同步信号坡度和峰值显示了 一个移动方向，而非匹配极性的坡度和峰 值显示了相反的移动方向。利用上述信号次序原理可确定目标的移动 方向。现在参考图5,可看到本发明改进的PIR移动传感器的另一实施 方案。如图所示，用于PIR传感器64的IR探测装置包括第一和第二 探测器66、 68。探测器66、 68可安装在各自的外壳中。如探测器俯 视图和符号示意图所示，第一探测器66具有沿x轴布线的两对双极性 元件70、 72,而第二纟笨测器68具有沿y轴布线的两对双^L性元件74、 76。每对双极性元件70至74建立元件排。以此配置，第一探测器66 输出表示第一维(例如笛卡尔坐标系中的y轴或者极坐标系中的极径) 移动的信号，且第二探测器6 8输出表示与第 一 维垂直的第二维(例如 笛卡尔坐标系中的x轴或者极坐标系中的极角)移动的信号。根据图5示出的发明，适当地配置光学系统14 (图1)以使探测 器66、 68监控的空间子体积光学叠加。图5示出的传感器64的布置 建立了热电探测器监控的子体积的二维阵列，该子体积由安装探测器 66、 68产生的监控空间子体积的光学叠加形成，探测器被安装为在相 似光学组件后以正交方式进行元件布线。换句话说，如虚拟合成纟采测 器78的功能图所示，光学系统14使两个探测器的监控子体积占据同 样空间。可将移动目标与亮度变化的白光区别开，因为移动将引起一 连串穿过坐标系的信号产生，而变化的白光不会。换言之，二维空间 中的位置由探测器66、 68发出的同步信号限定，当随着时间的变化， 该信号显示坐标改变时，便表明了目标的移动。处理系统则简单地将 坐标改变与移动相联系，以当探测到移动时例如激活警报。如参看图5中虚拟合成探测器78的功能图可理解的，通过检查从 才罙测器66、 68同步接收的信号极性可确定目标12的位置，在此情况 下，作为对来自具体坐标的同步信号提供的坐标位置的确认。具体来 说，两个正极信号表示目标在重叠子体积的左上象限，而两个负极信 号表示目标在重叠子体积的右下象限。另一方面，第一探测器66发出 负极信号而第二探测器68发出正极信号则表示目标在重叠子体积的 右上象限等等。容易理解本文所提出的原理可应用于大于2x2的阵列。例如，图6示出用于PIR传感器80的IR探测装置包括第一和第 二8元件探测器82、 84，该传感器除了元件数以外基本与图5示出的 传感器64相同。与传感器64的情况一样，对于图6示出的传感器80， 探测器82、 84的子体积光学重叠以使得各自监控的子体积占据相同空 间，以形成功能图中示出的虚拟合成探测器86。当移动目标12穿过监控的子体积时，图5和图6示出的传感器 64、 80提供两个同步信号(笛卡尔坐标系的x和y)。目标12每次在 每一探测器中激活一个坐标，以使可通过结合"x"和"y"信号确定 目标12的位置。容易理解图6示出的传感器80比图5的传感器64 具有更高的分辨率。此外，如果考虑信号的极性，根据上述原理可得 到额外的位置分辨率。图5和图6示出的传感器64、 80均可使用光学系统14，其光学 地衡量人形图像，从而当目标12为人时，在阵列中会立刻产生两个或 更多(x,y)位置的信号，而例如动物的小目标则会引起更少(x,y) 位置的同步信号。这样，可使同步接收信号的阵列位置数与目标的大 小相关联，以区别例如宠物和人，并且只在后者存在的情况下才激活 警报或者开门等等。图7显示了在图2和图3中示出传感器的双频概念可与图5和图 6中示出传感器的二维阵列概念结合，以基于接收到的频率数量而区 分移动的目标和不移动的目标，确定移动方向，并且基于大小(被同 步激活的阵列点数量)在移动的目标中进行区分。特别地，用于传感 器88的IR探测装置可包括，具有同样大小元件91的第一探测器卯 和具有不同大小(在本方案中为较大)元件93的第二探测器92，以 使第 一探测器90对于移动目标产生的信号频率与第二探测器92对于 移动目标产生的信号频率不同。基本上，如功能图中虚拟合成探测器 94所示，传感器88建立了被监控子体积的2x2阵列，该阵列由探测 器90、 92监控的子体积的光学重叠而产生。大探测器元件93通过极
性建立X坐标，即如图所示来自负极元件的信号显示向右的"X"坐标而来自正极元件93的信号显示向左的"x"坐标。当同步出现来自x 轴元件的波峰连同来自y轴元件的二倍的波峰(即以二倍频率出现) 时，由移动引起的、来自阵列各个元件信号即为可辨识的。图8示出了又一用于传感器96的IR探测装置，包括第一探测器 98，其具有两排沿x轴布线以产生表示"y"坐标的信号的两个双极元 件对100，以及第二探测器102，其具有两排沿y轴布线以产生表示"x" 坐标的信号的单个双才及元件对104。第一#:测器98的元件对100小于 第二探测器102的元件对104,以使得对于移动目标第一探测器98产 生的信号频率和第二探测器102产生的信号频率不同。使被监控的子 体积光学重叠以建立功能图中示出的虚拟合成探测器106。该二维探 测器阵列比图7中示出的传感器88提供更高的位置分辨率。图9示出了用于传感器108的IR探测装置，除了图9中示出的传 感器108的每一探测器均具有八个双极元件对之外，其在所有基本方 面均与图5中示出的探测器64相同，具有第一和第二探测器110、 112， 第一和第二探测器110、112分别具有大小相同且正交布线的元件114、 116。第一探测器IIO的元件114布置在两竖直行中，通过将一对中的 负极元件连接到紧接的下面一对中的正极元件而以y方向布线。另一 方面，第二探测器112的元件116布置在两水平行中，通过将一对中 的负极元件连接到紧接的左面一对中的正极元件而以x方向布线。如 示意符号图所示，第一探测器110的y方向布线元件对114提供x方 向位置信息，而第二探测器112的x方向布线元件对116提供y方向 位置信息。如功能图中的虚拟合成探测器118所示，为得到位置信息 将目标位置显示在二维空间(x=l， y=2)的象限119中，信号从二维 空间同步接收，并且通过信号极性(x=+, y--)显示为点120。同样， 通过观察虚拟合成探测器118中点的有序激活可区别移动目标和非移 动干扰光。现在参考图10，可看到利用图2、图3、图7和图8所示传感器 的不同频率的示例性逻辑流程图。从块122开始，以例如时钟周期接 收两个探测器发出的信号。前进到判断菱形块124，其决定两个信号 频率是否不同以及，如果需要的话，第一探测器的第一信号峰值是否 在时间上与第二探测器的信号最大坡度相符。如果需要的话，也可将 峰值与坡度进行对比以与自定义标准相匹配。如果探测到两个频率并 且，如果需要的话，峰值/坡度在时间上相符和/或峰值和坡度与自定义标准匹配，则在126输出"移动目标"。否则，在128输出"无移动目 标"。可以理解频率不仅指正弦形信号频率(其通常在目标在单方向等 速穿过监控的子体积时产生)，还指非正弦形或半正弦形信号的频率， 其基本在例如人随机地在多方向不等速穿过监控的子体积时作为脉沖 出现。在后一种情形下，具有更小中心至中心元件间距的探测器每单 位时间产生的不管正弦形与否的脉沖数，大于具有更大中心至中心元 件间距的探测器每单位时间产生的脉沖数。因此"频率"包括了每单 位时间的脉沖或峰值。图11为逻辑图，通过该逻辑可利用图5至图9中示出的二维传感 器发出的信号来确定目标是否在移动。传感器的两个探测器发出的信 号由块130接收，然后，如果在判断菱形块132处确定目标的坐标在 例如预定的时段内改变，则块136显示移动。否则，块134显示无移 动且逻辑返回块130。除了确定移动之外，对于本文公开的某些传感器，该逻辑可以进 入判断菱形块130以确定至少为阈值数量的坐标是否被立刻激活。换 句话说，该逻辑确定从探测器的多个元件同步接收到的信号数量是否 达到阈值，其表示移动目标等于或者超过预定尺寸。 一般地，大的移 动目标为人，对于人通常需要激活警报、开门或者采取其它的行动， 而小的移动目标通常为宠物，对于宠物通常不需要采取行动。因此， 对于由判断菱形块13 8确定为大的目标，该逻辑移到块14 0以显示"目 标对象"并例如激活警报22。另一方面，如果目标不够大则不采取行 动。块142进一步显示可如上所述地利用信号的极性确定移动方向， 如果需要的话可不考虑目标大小。在某些情况下，不只是在大移动目 标存在的情况下需要采取行动(如激活警报22或开门)，还要在预定 方向上移动的大移动目标存在。在这些情形下，只在块142的确定结 果显示了大移动目标确实是在预定方向上移动之后，才可产生指示某 种预定行动的信号。现在可以理解上述传感器可区别移动目标和干扰白光，在某些实 施方案中，该传感器也基本基于目标大小将移动目标彼此区别。同样， 一个或多个上述传感器可以大体确定目标移动的方向。现在参考图12和图13,其示出的一般指定为200的传感器可用 作图1中示出的PIRJ罙测系统16。如图所示，传感器200至少包括两 个且在某些实施方案中只有两个探测器元件，在某些实施方案中每一 才笨测器元件可具有两个且只有两个部件，即正部件和负部件。如果需 要的话，所有四个部件的大小和形状可彼此相同。每一元件产生各自 的信号。更具体地，在所示的非限定性实施方案中，上述探测器元件部件 在基底上从左到右以下述顺序布置第一元件的正部件202,第二元 件的正部件204，第二元件的负部件206,第一元件的负部件208，元 件的所有部件彼此电连接并且放置在基底210上。即最右面的正部件 204和最左面的负部件206建立第一探测器元件，而最左面的正部件 202和最右面的负部件208建立第二探测器元件。无论如何，在示出 的说明性实施方案中，正部件202、 204物理地卩波此靠近，没有任何负 部件插入，并且负部件206、 208物理地彼此靠近，没有任何正部件插 入。在具有前述传感器的情况下，图12示出的第一探测器元件监控第 一空间体积，如果需要的话，可至少部分与第二探测器元件监控的第 二空间体积光学交叉(interpose)或重叠。具有上述两元件的基底210 可安装在单独的探测器外壳内。尽管其它的实施方案可能利用上述的 叠加原理，但在示出的非限定性实施方案中两个空间体积交错或者交 叉。除了元件视图，图12还示出传感器200的符号示意图和功能图， 以及人形图像。因此传感器200具有两組元件且当其放置在复合光学 系统之后时，如果移动目标穿过复合光学系统的视场，那么传感器200 对应于经过探测器的图像产生两个分开的信号。 参考图13可更好地理解，其在(a)部分示出在移动目标存在下 两个探测器元件产生的信号(在图13中标记为1和2)， (b)部分示 出在例如白光的非移动刺激存在下产生的信号。可以理解，可包括图 1中示出的信号处理电路18和处理系统20中的一个或两个的系统可 用于完成下述处理。如#4居图13中(a)部分可以理解的，两个#:测器元件发出的信 号被加在一起以产生总信号212。同样，所述信号间的差产生差分信 号214。为了产生该差分信号，可相对于信号基线将其中之一信号极 性反向，然后将单独的探测器元件信号加到一起，因此可有效地将一 个信号从另一个中减去。在有移动目标刺激的情况下(图13中(a)部分)，容易理解总信 号212和差分信号214频率不同。相反地，在(b)部分中(当探测器 元件受到非移动刺激)，虽然总信号和差分信号振幅不同，但总信号212 和差分信号214频率相等。因此处理系统可将频率信息和是否探测到 移动目标相联系，并且如果探测到，则输出检查信号和/或警报该显示。因此，与传感器200相联系的信号处理系统能够更好地区分真实 移动和其它信号。在白光的情况下以及在几个其他探测器干扰刺激的 情况下，改进的探测器显著地降低错误警报的可能性。图14示出了一种替代系统300，其具有在单一外壳中的两个或更 多PIR探测器302、 304 (为了清楚只示出两个)，并且从一个或更多 各自的光学元件306、 308接收光，探测器和相联系的光学元件组成探 测部分。该探测器向处理电路310发送信号，处理电路310可包括放 大电路和对信号进行处理以确定是否激活声音或视觉警报314的处理 器312。可依照以上/>开的内容或依照前文引用的'250专利完成信号 处理，并且除了以下i兌明的以外，系统300的光学部分可基本与'250 专利示出的相同。光学元件306、 308可为菲涅耳透镜，但其被配置为 使得不会在任何两个临近的监控体积间出现竖直盲区，如图15所示， 其中体积302a由包括纟果测器302的纟果测部分监控，体积304a由包括 探测器304的探测部分监控。同样，对于图16至图18示出的实施方 案，基于同步接收来自以上公开的探测器302、 304的不同频率，处理
电路可对移动进行解译。次优选地，可结合本发明的、基于频率的移动判别原理使用'250专利中产生非理想盲区的菲涅耳透镜。在具有移动传感器300的结构的基础上，现在关注示出了探测部 分不同实施方案的图16至图21。在图16中，第一探测部分316包括 一个光学元件，所述光学元件具有包含一正一负两个元件的探测器， 如图所示，其间限定第一间距S1。第二探测部分318包括一个光学元 件，所述光学元件具有包含四个探测器元件的探测器，四个探测器元 件交替地一个为正一个为负，如图所示，相邻探测器元件之间限定第 二间距S2。在图16示出的实施方案中，第一探测部分316的每一探 测器元件的大小均可大于第二探测部分318的每一探测器元件的大 小，和/或间距Sl可不等于间距S2。相关的光学元件的焦距可相等。 移动目标引起探测部分316、 318产生频率彼此不同的信号，其频率差 由处理电路解译为移动，而固定的刺激引起探测部分输出同样的频率。 利用来自体积302a、 304a的信息还可能区分大小，例如小的移动目标 基本一次只可占据一个体积，更多地刺激一个探测器而不是其它的探 测器，因此显示了该目标较小，而大的移动目标可能一次占满多于一 个的空间并因此同时刺激两个探测部分。图17示出了第一探测部分320，其包括一个光学元件，所述光学 元件具有包含两个探测器元件的探测器，该两个探测器元件一个为正 一个为负，第二探测部分322包括两个光学元件，所述光学元件具有 包含两个探测器元件的探测器，所述两个探测器元件由于两个光学元 件而在功能图中显示为图示的四个被监控子体积，正负交替。在如图 17所示的实施方案中，第一探测部分320的每个探测器元件的大小可 与第二探测部分322的每个探测器元件的大小相等，并且第一探测部 分320的纟笨测器元件间的间距可与第二探测部分322的4笨测器元件间 的间距相等，但是与二者相关的光学元件的焦距不相等，例如，由于 两个因素中一个，使得该功能图将第一探测部分320的监控子体积描 述得比第二探测部分322的监控子体积大。如同图16中的#1测部分一 样，在图17中通过来自探测部分的不同频率显示移动并可区分大小。 图18示出第一^J果测部分324,其包括两个光学元件和具有两个探 测器元件的探测器，在功能图中显示为四个监控子体积，其在顶排示出且正负交替。同样，在底排示出的第二探测部分326包括四个光学 元件，其使得一个正探测器元件和一个负探测器元件在功能图中显示 为八个监控子体积，正负交替。在如图18所示的实施方案中，第一探 测部分324的每个探测器元件的大小可与第二探测部分326的每个探 测器元件的大小相等，但是用于区分移动的间距不相等。具体地，第 一探测部分324两个探测器元件间的间距与第二探测部分326相邻探 测器元件间的间距不相等，并且与第一探测部分324相关的菲涅耳透 镜间的间距和与第二探测部分326相关的菲涅耳透镜元件间的间距也 不相等，其意味着在实际应用中光学元件具有不同数量的透镜元件。 移动目标产生每单位时间来自第 一探测部分324的第 一信号峰数量和 每单位时间来自第二探测部分326的第二信号峰数量，二者数量不等 且基于此显示了移动目标——基本上，还是对移动目标产生不同的频 率。还可以实现大小的区分。图19至图21示出了不同的传感器实施方案，包括某种不够理想 的、不可以产生不同频率以显示移动，但支持大小区分的实施方案。 在图19中，第一探测部分328包括一个光学元件，所述光学元件具有 包括正负纟笨测器元件的探测器，而第二纟果测部分330包括一个光学元 件，所述光学元件具有包括正负探测器元件的探测器，所有的探测元 件大小相等并且间距相等，且具有不会产生'250专利中盲区的相同透 镜系统。根据上述没有竖直盲区的原理能够保证大小区分。当探测器 元件如图19中"示意1"所示地布线，且被配置为能够产生如"功能 图1"所示的监控子体积阵列时，不会因移动目标而产生双频率操作。 另一方面，可将#:测器元件如上述图13所示地布线和配置以产生"示 意2"和"功能图2",其中在来自两个探测部分的不同频率存在的情 况下显示移动纟笨测。图20示出了第一探测部分332，其包括一个光学元件，所述光学 元件具有包括两个正探测器元件和两个负探测器元件的探测器，以及 第二探测部分334,其包括一个光学元件，所述光学元件具有包括两 个正探测器元件和两个负探测器元件的探测器，所有的探测器元件大
小相等并且间距相等，且具有不会产生'250专利中盲区的相同透镜系 统。根据上述没有竖直盲区的原理能够保证大小区分。图21示出了第一探测部分336,其包括一个光学元件，所述光学第二探测部分338,其包括一个光学元件，所述光学元件具有包括四 个正探测器元件和四个负探测器元件的探测器，所有的探测元件大小 相等并且间距相等，且具有不会产生'250专利中盲区的相同透镜系统。 根据上述没有竖直盲区的原理能够保证大小区分。该八元件探测器产 生4x4分辨率。当探测器元件如图21 "示意1"所示地布线，且被配 置为能够产生如"功能图1"所示的监控子体积阵列时，不会因移动 目标而产生双频率操作。另一方面，可将探测器元件如上述图13所示 地布线和配置以产生图21中的"示意2"和"功能图2"，其中在来自 两个探测部分的不同频率存在的情况下显示移动探测。可以理解对于在图14至图21中示出的实施方案，将4笨测部分以 其基本单元形式描述，其可通过将若干第一探测部分并排垂直地和/ 或水平地和/或以另外的方式放置而增加，,人而加大^L场。在功能图中 示出的探测器元件间距只是为了说明，可以理解部件间的间距不必代 表存在盲区。本文示出并详细描述的改进的PIR移动传感器完全能够达到本发 明的上述目的，可以理解其为本发明目前优选的实施方案并因此代表 了本发明广泛预期的主旨，并且本发明的范围仅受所附权利要求的限 制，在权利要求中涉及的单数元件除非明确指出，通常不是意指"一 个且只有一个"，而更相当于"一个或多个"。此外，权利要求所涵盖 的装置或方法并非必须解决本发明的每一个问题。而且，本公开中没 有任何元件、组件或者方法步骤是开放供公众使用的，不管该元件、 组件或者方法步骤是否在权利要求中明确提及。本文中没有任何权利 要求成分要根据35 U. S. C. §112，第六章的规定解释，除非使用短语"用于...的装置"对该成分进行特别限定，或者在方法权利要求中， 使用短语"步骤"代替"动作"陈述该成分。如果在本文中没有特别 限定的话，权利要求中的术语将具有与本说明书和文件历史不相矛盾 的、全部普通和惯用的含义。
权利要求
1.PIR移动传感器，包括至少第一和第二红外探测部分(302/306，304/308，316，318，320，322，324，328，330，332，334，336，338)，每一探测部分包括至少一个光学元件和至少一个探测器，所述探测器至少具有正极探测器元件和负极探测器元件，其中光学元件组合以建立四个或更多的被监控空间体积，在任意两个相邻的由所述光学元件建立的所述体积之间不存在任何没有监控的竖直盲区，所述第一探测部分监控第一体积而所述第二探测部分监控第二体积，所述第一和第二体积依次交替。
2. 如权利要求1所述的传感器，其中移动目标引起所述第一探测 部分的所述探测器输出信号，所述信号的频率与所述第二探测部分的 所述探测器输出的信号频率不同，并且非移动刺激引起两个探测器输 出同样的频率。
3. 如权利要求2所述的传感器，其中所述第一探测部分(316) 的至少一个探测器元件的大小，与所述第二探测部分(318)的至少一 个探测器元件的大小不同。
4. 如权利要求2所述的传感器，其中所述第一探测部分(316， 324)的相邻探测器元件间的间距，与所述第二探测部分(318， 326) 的相邻探测器元件间的间距不同。
5. 如权利要求3所述的传感器，其中所述第一探测部分(316) 的相邻探测器元件间的间距，与所述第二探测部分(318)的相邻探测 器元件间的间距不同。
6. 如权利要求2所述的传感器，其中所述第一探测部分(320) 的所述光学元件的焦距，与所述第二探测部分(322)的所述光学元件 的焦距不同。
7. 如权利要求2所述的传感器，其中所述第一探测部分(324) 的所述光学元件的透镜元件数量，与所述第二探测部分(326)的光学 元件的透镜元件数量不同。
8. PIR移动传感器(200),包括至少一个红外探测器，其具有至少第一和第二元件(202/208, 204/206)，所述第一和第二元件分别产生第一和第二信号；以及系统(20),其将所述第一和第二信号加到一起以形成总信号，该 系统还通过把一个信号从另一个信号减去形成差分信号，其中当所述 总信号的频率与所述差分信号的频率不同时，所述系统输出表示移动 目标的探测信号，否则不会输出所述探测信号。
9. 如权利要求8所述的传感器，其中所述第一部分(202/208)监 控的第一空间体积，与所述第二部分(204/206)监控的第二空间体积 至少部分光学交叉或重叠。
10. 如权利要求8所述的传感器，其中每个所述元件各具有两个 且只有两个部件(202/208, 204/206),所述部件一个为正(202或204 )， 一个为负(206或208),所述部件彼此大小相同。
11. 如权利要求IO所述的传感器，其中所述正部件(202， 204) ;f皮此物理靠近，没有任何负部件插入，并且所述负部件(206, 208) 彼此物理靠近，没有任何正部件插入。
12. 如权利要求IO所述的传感器，其中所述部件在基底上以下述 顺序布置所述第一元件的正部件(202 ),所述第二元件的正部件(204 )，所述第二元件的负部件(206 ),所述第一元件的负部件(208 ), 一个元件的所述部件彼此电连接。
13.在监控空间中用于区分移动目标和具有非连续辐射特征的非 移动目标的方法，包括提供第一和第二探测器元件(202/208， 204/206)，所述第一和第 二探测器元件分别产生第 一和第二信号；将所述第一和第二信号相加以形成总信号； 将一个信号从另一个信号减去以形成差分信号；以及当所述总信号的频率与所述差分信号的频率不同时，显示存在移 动目标，否则不显示存在移动目标。
全文摘要
一种无源红外传感器具有两个探测部分(302/306，304/308，316，318，320，322，324，328，330，332，334，336，338)，其由各自的探测器和光学元件建立，每一探测部分监控交替的空间体积。将探测部分配置为使得移动目标引起所述探测部分输出不同的频率，而非移动刺激引起两个探测部分输出同样的频率。另一方面，PIR移动传感器(200)包括产生各自第一和第二信号的第一和第二部分(202/208，204/206)，该第一和第二信号可加到一起形成总信号并可彼此相减形成差分信号。只有当所述总信号的频率与所述差分信号的频率不同时显示移动目标。
文档编号G08B13/02GK101167110SQ200680011420
公开日2008年4月23日 申请日期2006年3月27日 优先权日2005年4月1日
发明者埃里克·斯科特·米科 申请人:西荣科技有限公司