专利名称：逻辑宠物豁免入侵探测装置和方法
技术领域：
本发明总的涉及用在警报系统中的光学运动探测器，并更具体地涉及能够忽略宠物入侵而无损于人类入侵探测灵敏度的被动红外(PIR)入侵者探测系统。
背景技术：
典型的，安全系统利用红外运动感测装置，如被动红外探测器，来记录受保护区域之内未授权人员入侵的存在。光学器件，典型地包括透镜元件阵列或分割反射镜阵列，将来自受保护区域的红外能量聚焦到传感器上。典型的传感器包括两个红外感测元件。分割反射镜阵列或透镜元件阵列用于产生多个视野，也称为探测区。感测元件和透镜元件之间的几何关系限定探测区，从探测器发出的体积。
每个探测区的几何形状可通过将每个感测元件投影通过每个透镜元件的光心来限定，并在探测区与地面相交或达到等于制造者宣称的范围的长度时限定界限。所得到的探测区的阵列限定探测图案(detectionpattern)。受保护区域是由包含探测器的房间的壁截取的探测图案的包络(envelope)。记录任何探测区中的足够红外能量水平或关于时间(运动)的红外能量变化将使系统产生入侵信号。一种通常类型的传感器是设计用于记录红外光谱内辐射强度变化的热电红外传感器。
存在许多安全应用，其中常规探测场几何形状不适合于这些应用。安全应用中遇到的一个问题是在移入或穿过受保护区域的人类入侵者和宠物或其他小动物(即狗或猫)的运动之间进行区分。许多入侵探测器在试图在此两种形式的热激活对象之间进行辨别时具有结合的特征。这些探测器中的许多探测器的一个问题是它们试图基于红外(热)特征(signature)的强度在人类和动物入侵之间区分。为防止由宠物引起的误警报，这些入侵探测器机构通常需要将它们的灵敏度降低显著的倍数。
然而，已在测试中发现，在一些情况中，人类的热特征可具有比小动物，如狗，更低的强度。许多平均大小的狗，尤其是那些具有高的热特征的狗，如短毛狗，和那些具有高代谢的狗，将超过红外阈值。提高红外阈值水平不是有效的选择，因为还发现具有低的热特征的个体，如身材小的，穿厚服装的，或具有大量身体脂肪的人，可提供小于许多狗的热特征，由此将探测不到人类入侵者。
因而，这些基于强度的、将人的入侵与动物的运动区分开的途径仍旧易于产生误警报，而想要防止来自小宠物的误警报的灵敏度降低可允许具有小的热特征的人类入侵者通过而不被探测到。
一个现存系统的实例利用透镜阵列之内的竖直堆叠的透镜元件来放大竖直图像区，以试图收集相对于“较矮”的狗的直立对象(人)的更多红外辐射。假设接收的来自诸如狗的宠物的信号将不跨过信号阈值，而来自人的红外辐射强度预期将超过阈值并产生输出信号。
另一技术响应于当对象跨越多元件热电红外传感器网格的多个区时所收集的信息来记录入侵。此方法需要显著的距离来起作用，并且当对象直接移向传感器时无法有效使用。
一种用于将人与宠物区分开的技术是增加上部探测区的灵敏度。这通过增加上部透镜元件的面积而实现。此方式假设宠物不能进入这些上部探测区。由于这些探测区成角度于水平线以下，它们将探测到远处的宠物。如果房间有足够的大小，这些探测区可能下降到宠物的高度，使探测器经历宠物的误触发。由于使短范围探测区灵敏度较低以便排除由宠物引起的警报，这些探测器易于探测不到人类入侵者，如那些穿得多的，或者不然呈现小的热特征的。
还作出了尝试，将其他形式的传感器与PIR探测器组合以将宠物运动与人类入侵区分开。一个实例是一种主动微波系统，与PIR探测器组合利用。入侵探测系统的此种形式需要对输入的复杂信号处理以评估结果。初始成本以及设置成本对于此种途径是高的。
用于将宠物入侵与人类入侵区分开的另一形式的通常途径是在单个壳体内利用带有多个透镜的多个传感器。在一个实例中，第一热电红外传感器和透镜阵列被安装于肩的高度，其中探测区接收基本水平取向的探测带上的红外能量。第二热电红外传感器和透镜阵列保持在第一传感器和透镜阵列以下，产生直接位于第一带以下的第二水平探测带。再次假设直立的个体，需要两个传感器上都存在活动来触发警报。
在肩的高度安装传感器的缺点是其可能易于被损坏和阻挡。在使用两个传感器和两个透镜阵列的类似途径中，产生一系列的探测区水平带，其中，由一个传感器/透镜装置产生的带与其他传感器/透镜装置所产生的带竖直交织。因为利用此技术的现有技术对所有透镜元件使用相同的焦距，对于每个传感器/透镜装置，探测区的上部带重叠，并且对于长范围探测产生误警报问题。因而，该技术类似地易于误触发，一如以前解决方案中的尝试。
图1说明了常规的具有一个正和一个负感测元件的双元件热电红外传感器。这些传感器可被利用于常规的入侵探测装置，其被配置用于探测在探测装置的视野中发生的红外能量变化。
图2说明了二十四(24)元件透镜阵列，其中示出透镜元件设置成产生四层透镜元件。当此透镜阵列与图1示出的二元件热电红外传感器组合时，产生48个探测区，每个透镜元件一个正区和一个负区。透镜层被配置成尝试将人与宠物区分开，然而，来自短毛动物，或具有高代谢率的，或其他类似情况的红外辐射的强度可能近似或超过人。此外，人类入侵可能不被此种传感器记录，如果此人矮，过重，具有低的代谢，穿厚衣服，或者不然，呈现低红外辐射特征。在许多设计中，探测区的水平带彼此在竖直方向上重叠。
图3和图4示出关于由图2的透镜产生的探测区如何探测入侵者的人类探测(图3)相对于狗探测(图4)的比较。所述常规系统预期来自高的对象的红外能量将在较多的透镜层上接收到，从而增加了聚焦在感测元件上的红外能量的总和，以及跨过红外探测阈值的机会。对应于该图的透镜在图2中标记为透镜A、B、C、D。然而，应注意，显著的红外源可触发入侵警报，而不管其是否发生在一个或多个竖直排列的区中。
在以上技术中，当选择了宠物豁免(pet-immune)探测时，需要在用于探测人类入侵者的足够灵敏度和忽略宠物运动的必要性之间有一折衷。这些方法依赖于使用可互换的传感器或透镜，以便降低安全系统的灵敏度，以便在可能包括诸如宠物的小动物的环境中使用。这需要附加的成本，设置费用，有经验的安装人员，并可导致附加的总维护成本。
因此，存在对于如下入侵探测装置的需要，其能够可靠地忽略小动物的运动而精确探测人的入侵，并且其可被配置用于宠物和无宠物探测的情况而无需改变硬件。本发明满足这些以及其他的需要，并且克服了以前开发的解决方案中的不足。
发明内容
本发明是一种系统和方法，用于当在宠物豁免模式工作时，探测人类入侵而忽略诸如狗和猫的小动物的运动。本发明解决了常规探测机制的至少两个问题。根据本发明的一个方面，不单独基于在单个感测元件上探测的红外强度或其变化来将人类与宠物区分开。因此，探测器不经历由大狗，短毛动物，和/或具有高代谢率的动物产生的误警报。根据本发明的入侵探测可忽略宠物入侵，而无损于探测产生低强度热特征的人的入侵的能力。此外，当在给定工作环境中安装本系统时，本发明实施例可无需改变诸如传感器或透镜的硬件而实施。
本系统以非重叠探测区来实现，其中，人类的存在响应于同时从两个竖直邻接的探测区收集并且记录到两个竖直邻接的红外感测元件上的能量而被探测(即，双通道热电红外传感器的不同通道)，并且其中，在宠物豁免模式中，将人类与动物区分，因为动物只能跨单个探测区，而不管其热强度。
以实例而非限制的方式，在一个实施例中，红外传感器包括四个热电红外感测元件，以2乘2阵列设置。上部元件对被配置成响应于一个输出通道上的红外辐射强度的变化而产生电信号，而下部元件对被配置成响应于另一个输出通道上的红外辐射强度的变化而产生电信号。感测元件在空间上如此配置，使得在红外感测元件的两个水平排上同时有活动时探测到人类的存在。当每个通道中的红外感测元件产生超过探测阈值的信号时，人类被探测到。作为对比，小动物仅在四个信号区(quadrant)中的一个信号区中被记录，且因而不超过当探测器在宠物豁免模式时所需要的对于两个通道的入侵探测阈值。
可激励选择器来将单元配置成在无宠物(无小动物)环境中工作，其中当超过四个信号区中的任何一个信号区的入侵信号阈值时，探测到入侵。
以下说明涉及针对确定是否发生入侵而感测红外强度水平。应理解，红外强度水平可以与绝对强度阈值相关联，或更优选的，与防止稳态周围条件触发或促进触发条件的、基于每时间单位的强度变化的阈值相关联。
在一个实施例中，根据本发明用于探测受保护区域之内的入侵的设备包括(a)红外传感器组件，具有至少四个红外感测元件；(b)装置(如反射镜组件或透镜组件)，用于将来自基本不重叠的探测区(至少四个或更多)的红外能量聚焦到红外感测元件上(至少需要四个红外感测元件，尽管可利用更多的排或列)；以及(c)装置，用于响应于在竖直取向的红外感测元件对上探测的足够活动的同时记录来产生入侵信号。
用于聚焦红外能量的装置通过改变诸如通过透镜组件的能量传输，或通过将红外能量诸如自反射镜组件反射来工作。
红外传感器优选地包括热电红外传感器。共模噪声优选的通过衰减在水平邻接的探测区上同时记录的信号来抑制，从而，防止响应于以下情况的误警报环境照明变化，响应于风和功率线效应的热干扰，和其他非入侵事件。
入侵探测器优选地配置成允许用户/安装者在宠物豁免模式和非宠物豁免模式间切换，而无需改变系统之中的部件，如透镜或传感器。当在宠物豁免模式中工作时，在竖直取向的感测元件对的每个感测元件上的足够水平的红外能量的记录，将任一单个红外感测元件所记录的动物运动与记录为竖直设置的两个红外感测元件上的同时信号的人类入侵区分开。
用于响应于在竖直感测元件对上同时接收的足够的红外活动(关于时间的强度水平的变化)的记录而产生入侵信号的装置优选的通过评估一个堆叠于另一个之上的至少两个感测元件的通道来实施。每个传感器通道可包括分开的感测元件，或更优选的，具有以相反极性耦合的两个元件的双感测元件，以便降低共模信号的作用。两个双感测元件对，优选的，保持彼此靠近，或处于同一壳体中，带有透镜，其将来自非重叠探测区的红外能量聚集到每个感测元件上。
阈值电路被连接到感测元件的两个通道，上通道和下通道，并且被配置成响应于在上和下感测元件排(即，上和下双感测元件对)两者中探测到的足够的红外活动而产生警报。
在另一实施例中，根据本发明的入侵探测器包括(a)红外传感器组件，具有至少四个红外感测元件；(b)光学组件(即，基于透镜或反射镜的)，配置成将从至少四个非重叠探测区收集的红外能量聚焦在所述(至少四个)红外感测元件上；以及(c)阈值电路，配置成响应于在竖直取向的红外感测元件对上足够水平的同时红外活动的接收来产生入侵信号。
本发明还涉及用于将一个或多个探测区内的人类入侵与动物入侵区分开的方法。在一个实施例中，此方法一般包括(a)记录至少两个竖直邻接的探测区中的红外活动；(b)抑制在所述水平邻接的探测区中同时发生的共模红外信号；以及(c)在宠物豁免模式中响应于在上和下感测元件排上同时记录的足够水平的红外活动的记录，产生入侵信号。从而，在宠物豁免模式中，入侵信号响应于在感测元件的两个层中，如在竖直邻接的探测区上探测到同时的运动而产生，以便指示人类入侵。在宠物豁免模式中，入侵信号不响应于被探测的跨单个探测区的运动而产生。
根据本发明的方法的一个方面，入侵探测可还包括确定是否已通过开关选择装置选择了非宠物豁免模式，其中，响应于在感测元件的任何一个上记录的足够水平的红外活动而产生入侵信号。
发明的系统和方法通过说明性实施例的方式来描述，所述实施例可以以许多方式修改而不背离本发明的教导。此外，本发明提供了许多有益方面。
例如，本发明的一个方面提供对一环境之内的人类入侵的精确探测，而不对小动物，如宠物的存在或运动做出响应。
本发明的另一方面是在经历小动物的运动的环境之内提供效力的能力而无损于人类探测。
本发明的另一方面是针对宠物豁免或非宠物豁免的探测模式来配置系统而不需要改变系统诸如传感器和/或透镜的硬件的能力。
本发明的另一方面是以单个选择器(即开关)选择宠物或非宠物工作模式的能力。
本发明进一步的方面是提供了一种安全传感器，当响应于跨竖直方向的多个传感器上的非重叠区中探测的活动来探测人类入侵时，其在水平方向上地提供共模抑制。
本发明此外的方面将在本说明书的随后部分提出，其中的详细说明的目的是为完全公开本发明的优选实施例，而不是对本发明加以限制。
通过参照仅以说明为目的的以下附图将更完整地理解本发明图1是常规双元件热电红外传感器的图示。
图2是常规透镜阵列的前视图，如与图1所示双元件热电红外传感器一起常规使用的。
图3是利用图1和图2的常规透镜和热电红外传感器的组合的区内人类探测的图示。
图4是利用图1和图2的常规透镜和热电红外传感器的组合的动物探测的图示。
图5是根据本发明的一个方面的四元件热电红外传感器的透视图，并且示出了孔，通过该孔接收水平和竖直两个方向上的红外能量。
图6是根据本发明的一个方面利用图5的四元件热电红外传感器的人类探测的图示。
图7是根据本发明的一个方面利用图5的四元件热电红外传感器的动物探测的图示。
图8是入侵区覆盖范围的图示，其利用根据本发明的一个方面的单个四元件热电红外传感器和单个两层透镜阵列，并示出在宠物/人类组合探测情况中由透镜元件的上层上的较长焦距导致的上两排中的窄探测区。
图9是入侵区覆盖范围的图示，其利用根据本发明的一个方面的单个四元件热电红外传感器和单个透镜阵列，并示出透镜阵列的上层上的较长焦距，其中一宠物位于探测图案内的不同位置。
图10是根据本发明一个实施例配置的入侵探测系统的框图，其中示出用于记录传感器输出并产生响应警报的微处理器。
图11是图10的入侵系统的框图，其中示出上透镜层中的长焦距透镜元件，以及下透镜层中的短焦距透镜元件。
图12是根据本发明的一个方面的探测图案的图示，示出了探测图案中的所有探测区。
图13是根据本发明的一个方面的探测图案的图示，示出了探测图案的排1或排2(顶排)中的探测区。
图14是根据本发明的一个方面的探测图案的图示，示出了探测图案的排3中的探测区。
图15是根据本发明的一个方面的探测图案的图示，示出了探测图案的排4中的探测区。
具体实施例方式
具体参照附图，为了说明的目的，本发明实施在图5至图15中概括示出的设备以及相联系的方法。应当理解，本发明的设备可在配置以及部件的细节上有所变化，本发明的方法可在特定步骤和顺序上有所变化，而不脱离本文所公开的基本概念。
图5是示出集成到单个封装12中的双通道四元件红外传感器10的优选配置。此为具有集成于单个封装中的四个红外感测元件14a、14b、16a、16b的优选配置。感测元件14a、14b优选地在第一通道上以相反的极性耦合，以及感测元件16a、16b在第二通道上。根据本发明的探测器可被配置为使用两个封装的双元件热电红外传感器。双元件热电红外传感器通常配置为两个分开的热电红外感测元件以相反的极性相连接，使得诸如由变化的周围条件或者功率线波动而导致的任何共模信号不促使警报的产生。每个水平取向的双元件热电红外传感器优选的被配置为响应于红外强度而产生单个信号，同时抑制共模噪声。
红外感测元件阵列可被配置为集成的四元件热电红外传感器，两个分开的双元件热电红外传感器，或者以适合的阵列设置的分开的热电红外感测元件。应当理解，通常，有益的是将热电红外感测元件集成到四元件中，或者至少两个双元件热电红外传感器，以将校准问题和传感器匹配问题最小化。应当理解，本发明的技术可能扩展到四元件(2×2)阵列以外。
然而，单独使用四元件热电红外传感器本身不足以提供恰当的宠物与人的区分。优选的，根据本发明而配置单透镜组件(阵列)，和/或反射器，其将红外能量从非重叠探测区聚焦到传感器的元件。替选的，可利用保持探测区之间的间距的其他光学设置。透镜保持探测区之间足够的间距量，使得来自小动物(宠物)热特征将不同时被记录于两个竖直邻接的感测元件上。为达到此间距，上透镜层优选的包括与下透镜层相比焦距较长的透镜元件。
图6示出竖直站立的人18的实例，其被探测于四元件热电红外传感器的两个通道上，通道1的感测元件14b和通道2的元件16b。当设置到宠物豁免模式时，超过每个通道的阈值的同时红外活动的存在由阈值电路或控制装置来解释以产生警报。在本发明中，此阈值水平可设置于每个通道的周围红外“噪声”水平以上的合理水平以提供所需的可靠性。此外，本发明优选的允许接收自通道的信号的加权。由于人的红外特征在头部比在脚部附近大，可为两个通道都设置最小阈值，而至少一个通道必须超过较高的阈值。例如，在短范围包括入侵者头部的探测区可在较长的范围包含入侵者脚部。
图7示出描述为狗的在探测区之内的小动物20，其中，不满足在两个通道上都探测到红外活动的条件。在本发明中，配置传感器和透镜的组合，从而使动物，如大狗，仅可填充竖直方向上的一个探测区。由于小动物，如狗，不能填充两个竖直邻接的探测区，并从而不能在两个通道上产生同时的活动，传感器可以以高灵敏度设置以将入侵者探测最大化，而不使单元经历误警报的产生。这与在宠物豁免条件下需要在宠物导致的误警报的产生和探测低热特征的人类入侵者的能力之间折衷的现有技术探测器形成对照。
在本发明中，当在宠物豁免模式和非宠物豁免模式之间重新配置单元时，不要求对传感器或透镜的改变。优选的，结合一开关或其他选择器装置，其在安装和/或使用的点是可变的，其控制是否选择宠物豁免模式。本发明被优选地实现以允许切换进入或离开宠物豁免模式，而不需要任何备件，不需探测器单元的拆卸，并且不需替换传感器或透镜组件。
替选的，模式设置开关的功能可通过将模式信号传送到阈值电路而替代。模式信号向阈值电路指示在宠物豁免或非宠物豁免探测模式中工作。
此外，如果阈值电路和警报界面被配置用于响应于所探测的入侵的类型来产生多个入侵信号或信号状态，则模式设置机制不需要被结合到本发明中。举例来说，警报信号的极性可指示已探测到动物入侵或人类入侵，其中，远程警报控制器可确定采取什么响应。在示出的实施例中，微处理器可在模式间交替，并且如果在单独探测区上跨过红外活动阈值则产生动物入侵信号，或者如果在至少一对竖直排列的探测区跨过红外活动阈值则产生人类入侵信号。以此方式，如在一天不同的时间，入侵系统可使用来自宠物豁免和非宠物豁免两种模式的信息来对工作进行优化。
图8和图9示出结合了四元件红外传感器和双层透镜阵列的入侵探测系统22的实例。该图结合保护图案(在本实例中约35英尺的范围)之内和以外的不同的点的人18和宠物20来描述四排(层)探测区24、26、28和30的详细视图。
探测图案的每排优选地包括一系列非重叠探测区，其在任意给出的自探测器的径向距离处水平邻接(虽然随径向距离而发散)。在提供适当的探测区的大小和间隔时，优选的，透镜元件的焦距在竖直方向上变化，其中，利用较短的焦距来产生短范围探测区28和30，以及利用较长的焦距来产生长范围探测区24和26。此种设置在每个区与地面相交的点为探测区保持了相对均匀的高度，同时，允许设计者定制探测区之间的非探测区域的量和形状。
四元件红外传感器被配置成上感测元件对连接到第一输出通道(通道1)以及下部元件连接到第二输出通道(通道2)。透镜被配置成使上透镜元件层具有约三倍于下层的焦距。所得到的通过上透镜层24、26形成的探测区在给定距离与通过下透镜层28、30形成的探测区相比具有约三分之一的尺寸和间距。当系统被配置用于宠物豁免感测时，跨两个或多个竖直区、与所记录的红外特征关联的同时活动将引起两个通道上的同时信号，从而满足入侵警报的条件。
在图8中，在自探测器的三个不同距离处示出人18。在约六(6)英尺处，示出该人处于探测区28和30中。在约二十(20)英尺处，示出该人处于探测区24、26和28中。在约三十三(33)英尺处，示出该人处于探测区24和26中。在每个位置和之间的任何位置，该人在通道1和2上产生同时的信号，从而引起警报。然而，示出狗处于探测区28，在通道1上产生信号，这不足以引起警报。
图9中，在自探测器的四个不同距离处示出狗20。三个位置在约三十五(35)英尺的探测图案之内，以及一个位置位于探测图案外。竖直邻接探测区之间的角度α1、α2和α3被配置成防止该狗同时占据两个竖直邻接区中的空间。在14英尺、29英尺和50英尺处示出狗的图像占据了竖直邻接探测区之间的空间。这说明在本发明的透镜配置中，狗不能同时在两个竖直邻接区中探测到，并从而不能在两个通道上产生同时的信号，由此将不产生入侵警报。图9中示出的距离延伸到约35英尺的探测图案以外，以说明本发明在自探测器的所有距离保持宠物豁免。在本发明中保持了宠物的豁免，不象现有技术，其包括重叠的上部探测区，使得狗在长的范围占据顶部两个竖直邻接区中的空间，从而在两个通道上产生同时的信号并潜在地产生错误入侵警报。在图11的详细描述中，示出了实现足以防止狗占据两个竖直邻接的区中的空间的角度α1、α2和α3的方法。
当入侵探测器22切换到不需要在人和宠物之间来区分的非宠物豁免模式时，则可响应于任一红外感测元件上的足够的信号振幅而产生入侵信号。在此“热”探测模式中，入侵信号的产生不需要在诸如跨两个传感器通道的两个竖直邻接的区上跨过红外活动的阈值。在任一通道上的活动在非宠物豁免模式中都足以产生入侵警报。
图10示出本发明示范实施例50实施的用于对两个探测通道执行阈值探测的微处理器。来自四元件红外传感器10的每个通道52a和52b的信号在输入到示例中集成在微处理器56(或其他可编程处理元件)中的模数(A/D)转换器之前由电路54a和54b来调整。在宠物豁免模式中，当在两个传感器通道上同时感测到足够的红外活动时，产生入侵警报。在非宠物豁免模式中，响应于在任一传感器通道上足够水平的红外活动，产生入侵警报。
应当理解，可利用可编程输入输出(I/O)管脚上的简单阻容(RC)网络来替代示出的A/D输入，其中，电容器在程序控制下放电，并且然后通过电阻对电容器充电而达到输入管脚高阈值所需的时间被记录并转换成电压值。还应理解，可利用记录来自红外感测元件的强度值的其他替选形式而不背离本发明的教导。
处理器56评估是否已经响应于状态在输入线58上读取的宠物开关60的设置而发生了入侵。响应于所探测的条件，产生警报信息到警报系统内的警报界面62。应当理解，探测区的多个水平带优选地通过包括多个透镜层而产生。
应当理解，四个分开的热电红外感测元件可耦合到微控制器上的四个输入，使得红外感测元件的每个水平排上的共模抑制得以在该微控制器中实现。此实施例还可将来自感测元件的水平排的信号信息用于增强探测，如响应于探测到一排内的多个感测元件上的红外活动而产生入侵信号。优选的，仅当信号不象是会至少部分出现在两个水平感测元件对上的共模噪声的结果时，执行探测。
应当理解，此宠物豁免探测器可利用模拟电路，数字电路，或其组合来实现，而不脱离本发明。模拟和数字领域中的信号处理技术都是现有技术已知的。
图11以实例的方式说明图10的警报电路，其中示出了上和下聚焦元件层64、66。应当理解，尽管聚焦元件可以如图所示为了清楚而是分开的，优选的，它们将集成在多元件聚焦组件中，如复杂透镜，以减少组装和校准的开销。如以前说明的，两排聚焦元件，如透镜，提供四排探测区。对于给出的四热电红外传感器的物理设置，上部聚焦元件的焦距限定探测区的顶部两排之间由向量F1和F2给出的竖直间距角，其为α1。热电红外传感器的中心线和上部聚焦元件的中心线之间的偏移限定了上部探测区的向下角(downward angle)。下部聚焦元件的焦距限定探测区F3和F4的下部两排之间的竖直间距角，其为α3。聚焦元件的上和下排之间的竖直间距限定探测区F2和F3的中间排之间的竖直间距角，其为α2。应当注意，图11示出的向量F1、F2、F3和F4典型的对应于图8和图9的探测区24、26、28、30。应当从图中理解，长焦距元件产生由每个传感器通道的感测元件产生的探测区之间的较小的角，如角α1所示，而短焦距元件产生探测区之间的由α3示出的较大的角。向量F2和F3之间的角度α2是由来自热电红外感测元件、通过每个透镜层的光心的向量形成的角度的函数。目的是限定四元件热电红外传感器，其具有如此元件大小和通道之间的竖直间隔，使得当其与上层的特定较长焦距的透镜元件，下层的特定较短焦距的透镜元件，和上和下层之间的非重叠角间隔相组合时，将宠物运动与人的运动区分开。
图12至图15描述根据本发明的探测图案。应当注意，扩展的探测区通常成(+)和(-)的对。图12示出根据本发明的探测图案的实施例之中的所有探测区。图中示出的产生探测图案的透镜阵列包括包含11个35mm焦距的元件的上部层，和包含4个8mm焦距的元件的下层。如所示，实施例产生标准的90°图案。图13示出探测图案的顶层，包括排1和排2。图14示出下层的排3，而图15示出下层的排4。应当理解，根据本发明的教导可建立许多替选图案。
因此，本发明提供用于在入侵探测系统内在小动物，如宠物，和人之间区分的方法和系统。通过利用本发明的教导，宠物的运动可被选择性地忽略，而无损于人类入侵探测的灵敏度。借助四元件热电红外传感器说明了本发明的实施例，该传感器耦合到微处理器单元，该微处理器单元被配置为响应于开关描述的宠物豁免选择输入而工作，并且响应于从传感器接收的信号而探测入侵。应当认识到，本发明的探测处理电路可以以不同的形式实现，包括微处理器，微控制器，数字信号处理装置，顺序逻辑电路，其他形式数字电路，模拟电路，定制和半定制ASIC，和其组合，而不脱离本发明的教导。
尽管以上说明包含许多细节，其不应构成对本发明的范围的限制，而仅为一些本发明当前优选的实施例提供说明。因而，应当理解，本发明的范围完全包含对本领域技术人员可能变得明显的其他实施例，并且本发明的范围相应地不受所附权利要求以外的任何限制，在权利要求中以单数形式述及的元素，其意义除非另经明示，不是“一个且仅只一个”，而是“一个或多个”。对以上述及的优选实施例的元素的所有结构上，化学上，以及功能上的对本领域普通技术人员而言已知的等效物明确地结合于本文中，且亦应当被权利要求所包含。而且，装置或方法没有必要针对本发明寻求解决的每一个问题，因为它应当被本权利要求书所包含。此外，当前公开中的元素，元件，或方法步骤并非意图专属于公众，不管该元素，元件，或方法步骤是否在权利要求中明确引述。本文件中的任何权利要求元素不应以35U.S.C.112第六段的规定来解释，除非该元素使用“一种用于……的装置”的短语明确表述。
权利要求
1.一种设备，用于探测受保护区域内的入侵，包括红外传感器组件，具有至少四个红外感测元件；装置，用于将来自受保护区域的红外能量聚焦到所述至少四个红外感测元件上；以及装置，用于响应于在多个竖直排列的所述红外感测元件上、所述受保护区域内的足够红外活动的记录来产生入侵信号。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述用于聚焦所述红外能量的装置通过以折射、反射和衍射改变红外能量的方向来工作。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述用于聚焦所述红外能量的装置包括聚焦所述红外能量的光学元件阵列。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述光学元件阵列制造在单个光学组件内。
5.如权利要求2所述的设备，其中所述用于聚焦红外能量的装置包括透镜组件。
6.如权利要求2所述的设备，其中所述用于聚焦红外能量的装置包括反射镜组件。
7.如权利要求1所述的设备，其中其中所述受保护区域内的保护图案包括非重叠的上和下探测层；其中所述红外感测元件排列为上层和下层；其中所述用于聚焦红外能量的装置被配置成将来自所述探测图案内的探测区的上层的红外能量聚焦到所述红外感测元件的一层，以及将来自所述探测图案内的探测区的下层的红外能量聚焦到所述红外感测元件的另一层。
8.如权利要求7所述的设备，其中其中所述用于聚焦红外能量的装置被配置成具有用于将红外能量聚焦到所述感测元件的较长焦距的上层，以及用于将红外能量聚焦到所述感测元件的较短焦距的下层；其中改变所述上和下层中的焦距允许配置所述探测图案内的探测层之间的所需竖直间距水平。
9.如权利要求7所述的设备，其中所述用于产生入侵信号的装置被配置成探测竖直取向的感测元件对上的红外能量水平以便将在任何单个感测元件上所记录的动物入侵与人类入侵区分开，所述人类入侵被记录为两个竖直分开的感测元件上的足够的同时活动。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述用于产生入侵信号的装置包括阈值电路，其被配置成从所述红外感测元件接收电信号，以及一旦在所述两个竖直分开的感测元件上记录足够的红外活动水平则产生入侵警报。
11.如权利要求9所述的设备，还包括模式选择装置，其耦合到所述用于产生入侵信号的装置以便于宠物豁免模式或非宠物豁免模式的选择。
12.如权利要求11所述的设备，其中其中所述用于聚焦红外能量的装置工作为将来自非重叠的上和下探测层内的水平排列的探测区的红外能量聚焦到所述红外感测元件的上和下对；其中在选择宠物豁免模式时，所述用于产生入侵信号的装置响应于在一个或多个竖直排列的探测区内的所述上和下两个探测层上记录足够的红外活动水平而产生入侵信号；其中在选择非宠物豁免模式时，所述用于产生入侵信号的装置响应于在所述上或下探测层内的任何所述探测区上记录足够的红外活动水平而产生入侵信号。
13.如权利要求1所述的设备，其中所述红外感测元件至少包括以相反极性连接两个水平取向的红外感测元件的第一红外传感器通道，和以相反极性连接两个另外的水平取向的红外感测元件的第二红外传感器通道。
14.如权利要求1所述的设备，其中所述红外传感器被封装为两个双感测元件器件封装。
15.如权利要求1所述的设备，其中所述红外传感器被封装在单个四感测元件器件封装中。
16.如权利要求1所述的设备，其中所述红外感测元件的中心位于彼此的半英寸以内。
17.如权利要求1所述的设备，其中所述红外感测元件包括红外传感器。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述红外传感器包括热电红外传感器。
19.如权利要求1所述的设备，其中其中所述红外感测元件被配置成水平取向的上和下对；其中每个所述水平取向的对中的所述红外感测元件以相反极性相连接；其中在水平取向的所述红外感测元件对中的每个所述感测元件上同时记录的共模红外能量从而作为共模噪声被抑制。
20.一种设备，用于探测入侵，包括红外传感器组件，具有至少四个红外感测元件；透镜组件，配置成将来自探测区的非重叠的上和下层的红外能量聚焦到所述红外感测元件的上和下对上；以及阈值电路，配置成响应于在探测区的所述上和下层内的竖直分开的探测区上的足够水平的同时红外活动的接收来产生入侵信号。
21.如权利要求20所述的设备，其中其中探测区层之间的竖直角间距随着从水平到竖直的层偏移的增加而增加；其中所述透镜组件被配置成具有较长的焦距以便将来自探测区的两个上层的能量聚焦到所述感测元件，以及具有较短的焦距以便将来自探测区的两个下层的红外能量聚焦到所述感测元件；其中改变所述上和下层中的焦距允许配置所述探测层内的探测区之间的所需竖直间距水平。
22.如权利要求21所述的设备，其中；其中所述阈值电路在宠物豁免模式中被配置成响应于在感测元件的上和下两排上发生的红外活动而产生所述入侵信号；以及其中所述阈值电路在非宠物豁免模式中被配置成响应于在感测元件的上或下排上发生的红外活动而产生所述入侵信号。
23.如权利要求20所述的设备，其中所述阈值电路和所述红外感测元件的组合被配置用于抑制水平取向的感测元件上同时接收的共模红外信号，由此增加对误警报的免疫力。
24.如权利要求23所述的设备，其中所述水平邻接的感测元件以相反极性相连接，使得共模信号被衰减以减小周围和功率线噪声的贡献。
25.如权利要求20所述的设备，其中所述红外传感器包括热电红外传感器。
26.如权利要求20所述的设备还包括用于所述阈值电路的模式选择器，其被配置为允许选择宠物豁免模式或非宠物豁免模式；其中对于所述宠物豁免模式，响应于在竖直取向的所述红外感测元件的对上记录足够水平的红外活动而产生入侵信号；其中对于所述非宠物豁免模式，响应于在任何所述红外感测元件上记录足够水平的红外活动而产生入侵信号。
27.如权利要求20所述的设备，其中所述红外传感器至少包括以相反极性连接两个水平取向的红外感测元件的第一传感器通道，和以相反极性连接两个另外的邻接的水平红外感测元件的第二传感器通道。
28.如权利要求27所述的设备，其中所述第一传感器通道在竖直方向上以交替极性设置在所述第二传感器通道上。
29.如权利要求20所述的设备，其中所述红外感测元件被封装为两个双感测元件器件封装。
30.如权利要求20所述的设备，其中所述红外感测元件被封装在单个四感测元件器件封装中。
31.如权利要求20所述的设备，其中所述红外传感器包括热电红外传感器。
32.如权利要求20所述的设备，其中所述透镜组件被配置有多个透镜元件以便记录竖直排列的探测区的多个水平带内的红外能量。
33.如权利要求32所述的设备，其中所述透镜组件包括两个或更多水平取向的透镜层以便将红外能量从至少一对非重叠探测区层聚焦到所述红外感测元件。
34.如权利要求32所述的设备，其中所述透镜组件包括至少四个水平取向的透镜层，以便将红外能量从多对非重叠探测区层聚焦到所述红外感测元件。
35.如权利要求32所述的设备，其中所述透镜组件包括邻接的水平透镜，其聚焦来自所述设备的受保护区域内的探测区的红外能量。
36.如权利要求20所述的设备，其中所述阈值电路包括微处理器，其耦合到所述红外传感器并被配置成响应于红外强度，从所述红外传感器接收信号。
37.如权利要求20所述的设备，其中所述透镜和/或红外传感器的机械配置不需要为了在宠物豁免模式和非宠物豁免模式之间切换工作模式而改变。
38.一种装置，用于探测入侵，包括红外传感器组件，具有至少四个红外感测元件，排列成至少两个水平取向的传感器层；透镜组件，配置成将来自探测区的非重叠的上和下层的红外能量聚焦到所述传感器层；以及阈值电路，耦合到所述传感器层并配置成响应于红外活动而产生入侵信号；以及模式选择器输入，耦合到所述阈值电路以便选择宠物豁免工作模式或非宠物豁免工作模式；其中所述阈值电路在所述宠物豁免模式中通过如下来工作响应于彼此竖直邻接的至少两个探测区层上记录的足够水平的红外活动而产生入侵信号；其中所述阈值电路在所述非宠物豁免模式中通过如下来工作响应于在任何所述红外感测元件上记录的足够水平的红外活动而产生入侵信号。
39.如权利要求38所述的设备，其中其中所述透镜组件被配置成具有较长的焦距以便将来自探测区的两个上层的能量聚焦到所述感测元件，以及具有较短的焦距以便将来自探测区的两个下层的红外能量聚焦到所述感测元件；其中改变所述上和下层中的焦距允许配置所述探测层内的探测区之间的所需竖直间距水平。
40.一种将红外探测区域内的人类入侵与动物入侵区分开的方法，包括记录从至少两个堆叠的非重叠探测层接收的所述红外探测区域内的红外强度，所述探测层的每个具有多个非重叠探测区；抑制在给定的所述探测层内的水平邻接的探测区上同时发生的共模红外信号；以及响应于在至少两个所述堆叠的探测层中的竖直邻接的探测区上记录足够的同时红外活动来产生指示人类入侵者存在的入侵信号。
41.如权利要求40所述的方法，还包括产生指示矮于直立人类的具有热特征的入侵者的入侵信号，所述入侵信号响应于在所述堆叠的探测层的任何所述探测区上记录足够的红外活动而产生。
42.如权利要求40所述的方法，还包括模式选择器输入，配置成确定应当在非宠物豁免模式中响应于任何所述探测区上的足够的红外活动，或者在宠物豁免模式中需要竖直邻接的探测区上的足够的红外活动而产生入侵信号。
43.如权利要求40所述的方法，其中所述红外传感器包括热电红外传感器。
44.如权利要求40所述的方法，其中所述堆叠的非重叠探测层被配置成具有足够的竖直间距，使得直立或半直立的人将被同时记录于至少两个竖直邻接的探测区中。
45.如权利要求40所述的方法还包括对于具有长探测区的探测层，以长焦距来聚焦所述红外能量，以及对于具有较短探测区的探测层，以较短焦距来聚焦所述红外能量；其中改变所述层中的焦距允许配置所述探测层的竖直邻接的探测区之间的所需竖直间距水平。
全文摘要
一种将人类入侵与动物的存在区分开而无损于对呈现低强度红外特征的人类入侵者的灵敏度的系统和方法。将至少四个红外感测元件以至少一个水平对和至少一个竖直对来设置在比如四感测元件装置内。为在宠物豁免模式中产生入侵警报，必须在跨两层感测元件的至少两个竖直邻接的探测区记录到同时的红外能量变化，这对应于探测到直立或半直立人类入侵者。在非宠物豁免探测模式中，响应于在任何一个或多个单独探测区内记录到足够的红外活动而产生入侵。透镜元件的焦距和透镜层的位置被配置成产生这样的探测层竖直间距，其足以防止宠物同时占据两个竖直邻接的探测区中的空间。
文档编号G08B13/18GK1849633SQ200480023659
公开日2006年10月18日 申请日期2004年8月9日 优先权日2003年8月18日
发明者马克·C·巴克利, 凯文·M·佩尔蒂埃, 马克·A·冯斯特里弗 申请人:霍尼韦尔国际公司