DE19749991C1 - Bewegungsmelder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bewegungsmelder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiger Bewegungsmelder ist bekannt aus DE 39 22 165 A1.

Bewegungsmelder der in Betracht stehenden Art werden beispielsweise zur räumlichen Überwachung eingesetzt. Dementsprechend dienen sie auch als eine Art Näherungsschalter. Beispielsweise werden sie als automatische Türöffner verwendet die die Annäherung eines Menschen erfassen und ein Signal generieren, wobei ein Steuersignal zur Toröffnungseinrichtung aus­ gelöst wird.

Es sind auch Bewegungsmelder bekannt, die im Außenbereich von Häusern und Innenräumen bei der Annäherung von Personen automatisch die Be­ leuchtung einschalten.

Bei anderen Anwendungen ist vorgesehen, daß Bewegungsmelder zur räumlichen Überwachung im Zusammenhang mit Alarmanlagen eingesetzt werden.

Viele bekannte Bewegungsmelder arbeiten auf der Basis von Lichtschran­ ken oder mit der Erfassung von Infrarotstrahlung, die von Personen ausge­ sandt wird.

Speziell für den Einsatz für Alarmanlagen weisen beide Verfahren den Nachteil auf, daß sie aufgrund der notwendigen Baugröße leicht zu erken­ nen sind und dementsprechend dann auch manipuliert werden können. Des weiteren haftet den bekannten Verfahren der Nachteil an, daß sie licht- bzw. temperaturabhängig sind, so daß sie störungsanfällig sind bzw. nur unter bestimmten Bedingungen eingesetzt werden können.

Es sind auch schon Bewegungsmelder bekannt, die unter Ausnutzung des Doppler-Effektes arbeiten. Beispielsweise wird in DE 39 22 165 A1 ein Doppler-Radar-Sensor beschrieben, der als planare Schaltung auf einem Substrat aufgebracht ist, mit einer Antenne an der Oberseite des Substrats sowie einer Auswerteeinheit, die dem Sensor nachgeschaltet ist. Der Sensor sendet über eine Antenne kontinuierlich oder gepulst Signale im Mikro­ wellenbereich (3 bis 30 GHz) aus. Diese Signale werden durch im Strah­ lungsfeld befindliche, bewegte Objekte reflektiert und um die Dopplerfre­ quenz verschoben von der Antenne wieder empfangen und in der Auswer­ teeinheit detektiert.

Bedingt durch ihre Bauart werden Bewegungsmelder der beschriebenen Art bisher als separate Geräte an Türen, Wänden oder Decken eingesetzt. Da­ mit sind sie häufig der Manipulation, der mutwilligen Beschädigung oder gar Zerstörung ausgesetzt. Darüber hinaus haben die herkömmlichen Be­ wegungsmelder der in Betracht stehenden Art einen sehr hohen Leistungs­ bedarf, so daß sie auf eine kontinuierliche Stromversorgung angewiesen sind und - soweit vorgesehen - eine Notstromversorgung, z. B. über eine Batterie oder über einen Akkumulator, nur kurzzeitig gewährleistet ist.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bewe­ gungsmelder der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß er eine flache und raumsparende Bauweise aufweist und dementsprechend vor Manipula­ tion, mutwilliger Beschädigung oder Zerstörung geschützt angeordnet wer­ den kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. Die Unteransprüche geben weitere vorteilhafte Aus­ gestaltungen an.

Gegenüber dem herkömmlichen Doppler-Radar-Prinzip zeichnet sich die erfindungsgemäße Schaltung dadurch aus, daß sie besonders empfindlich auch bei kleineren Geschwindigkeiten von Objekten reagiert. Sie kann sehr klein aufgebaut werden und hat einen äußerst geringen Leistungsbedarf, so daß neue Anwendungsbereiche möglich sind, bei denen ein Betrieb mit Batterie oder Akku erfolgt oder Energiequellen wie Solarzellen vorgesehen sind.

Durch eine vorteilhafterweise gewählte Frequenz im Mikrowellenbereich wird eine Beeinflussung durch den Bewegungssensor umgebendes Material vermieden. Die Strahlung dieser Wellenlänge durchdringt ohne nennens­ werten Verlust Materialien wie Glas, Keramik, Kunststoffe, Mauerwerk, Holz und geschlitztes Metall, so daß ein derartiger Bewegungsmelder auch hinter diesen Materialien versteckt werden kann bzw. in einem - gegebe­ nenfalls unauffällig gestalteten - Gehäuse aus diesen Materialien angeord­ net werden kann.

Dementsprechend eignet sich ein Bewegungsmelder der in Betracht ste­ henden Art auch als Alarmgeber gegen unbefugtes Entfernen von Koffern, Handtaschen, Strandtaschen und Zweirädern ebenso wie dazu, elektrische und elektronische Einrichtungen zu sichern. Beispielsweise kann bei Annä­ herung einer unbefugten Person ein Alarmsignal ausgelöst werden, wäh­ rend bei einer befugten Person, die mit einem elektronischen Signalgeber ausgerüstet ist, dieser Alarm unterdrückt wird. Entfernt sich diese befugte Person aus dem Erfassungsbereich des Sensors, der die elektronische Ein­ richtung sichert, so wird die Verfügbarkeit von Daten und Informationen automatisch unterdrückt.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 zur Erläuterung der physikalischen Grundlagen der Erfindung die Bildung einer stehenden Welle bei der Überlagerung mit einer Bo­ denwelle,

Fig. 2 die Bildung einer stehenden Welle bei der Überlagerung mit einer reflektierenden Welle von einem stehenden Objekt,

Fig. 3 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Änderung von Phase und Amplitude durch den Doppler-Effekt,

Fig. 4 ein schematisiertes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anord­ nung und

Fig. 5 eine blockschaltbildartige Darstellung der Erläuterung der für die Durchführung der Erfindung relevanten Meßwerte mittels Registrie­ rung der Schleifenparameter eines Oszillators mit einer Rückkopp­ lungsschleife über zwei Antennen.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist veranschaulicht, daß eine elektromagnetische Welle bei ihrer Ausstrahlung in Richtung verschiedener Objekte eine Vielzahl von Reflektionen erzeugt, deren Fronten andere Phasenlagen als die Ausgangs­ welle aufweisen. Eine Überlagerung dieser Wellen baut ein Interferenzfeld auf, dessen Stärke von der Entfernung zu der strahlenden Antenne abhängt. Dieses Interferenzfeld weist charakteristische Feldstärkenbäuche und Feld­ stärkenknoten auf, deren Abstand im Falle einer einzigen Ausgangswelle und einer einzigen Spiegelwelle bei der Hälfte der Wellenlänge (λ/2) lie­ gen.

In Fig. 3 ist veranschaulicht, daß bei einer Bewegung der angestrahlten Objekte sich auch das Interferenzfeld und somit die Lage der Bäuche und Knoten ändert. Will man eine Objektbewegung im Empfangsbereich der Antenne detektieren, so stehen hierfür die Meßgrößen Amplitude, Phase und Frequenz zur Verfügung.

Wie in Fig. 4 dargestellt, erfolgt die Detektion der veränderten Parameter der reflektierten Welle über einen freischwingenden Oszillator, dessen Rückkopplungsschleife über zwei Antennen erfolgt. In Richtung des Ob­ jektes wird mittels einer Sendeantenne die vom Oszillator erzeugte Schwingung mit der Frequenz f₀ der Amplitude P₀ und der Phase ϕ₀ ausge­ strahlt. Gleichzeitig wird durch die Strahlungskopplung ein Teil der Ener­ gie mit f₀', P₀' und ϕ₀' als Referenz in die Empfangsantenne eingestrahlt.

Hierdurch wird die Amplitudenbedingung und Phasenbedingung eines Os­ zillators erfüllt. Der Oszillator reagiert in seinem Arbeitsbereich auf Ände­ rungen durch die reflektierte Welle und ändert somit seine Amplitude, Pha­ se und Frequenz.

Der Abstand b zwischen den Antennen bestimmt die Antennenapertur des Systems, die Leistung in der Schleife und den Arbeitspunkts des Detektors. Die Empfindlichkeit des Systems und somit seine Reichweite wird durch die Antennenapertur und die eingespeiste Leistung in der Schleife festge­ legt.

Die vom sich bewegenden Objekt reflektierte Welle f₀, P₀ + ΔP, ϕ₀ + Δϕ wird in einem Mischerelement und Detektorelement mit der Referenz f₀' P₀' ϕ₀' verglichen. Als Resultat entsteht ein physikalischer Meßwert ΔP oder Δϕ, der durch den Komparator COMP1 generiert wird.

Diese Meßwerte können je nach dem individuellen Anwendungsfall aus­ gewertet werden. Es kann sowohl die Amplitudendifferenz ΔP als auch die Phasendifferenz Δϕ herangezogen werden. Über einen zweiten Kreis mit einem niederfrequenteren Bandpaß BP2 und einem nachgeschalteten Kom­ parator COMP2 kann ein codiertes Signal F₀ +/- Δf_S, das von einem elek­ tronischen Signalgeber reflektiert wird, ausgewertet werden.

Claims (4)

1. Bewegungsmelder oder Näherungsschalter zur Erfassung von bewegten Objekten, wobei eine hochfrequente elektromagnetische Strahlung über einen freischwingenden Oszillator erzeugt und über eine Sendeantenne ausgesendet wird, wobei eine Empfangsantenne die aufgrund des Doppler-Effektes veränderte, vom bewegten Objekt reflektierte Strahlung hinsichtlich der Veränderung ihrer Phasenlage oder Amplitude erfaßt und diese in einer Auswerteeinrichtung mit den Parametern der ausgesendeten Strahlung zur Erzeugung eines Ausgangssignals verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplung des freischwingenden Oszillators gewährleistet wird über wenigstens eine Sendeantenne ANT TX und wenigstens eine Empfangsantenne ANT RX, die in Richtung des Objektes ausgerichtet und über eine Seiten- oder Leckstrahlung verkoppelt sind.

2. Bewegungsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Oszillatorschleife mindestens ein Bandpaß BP1 bestehend aus einem oder mehreren Resonatoren zur Herstellung der Phasenbedingungen in der Rückkopplungsschleife und zur Begrenzung der Frequenz auf ein vorgegebenes Frequenzband vorgesehen ist.

3. Bewegungsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Auskopplungsschleife ein nichtlineares Element DET, wie z. B. eine Diode zur Mischung eines Referenzsignals mit einem Meßsignal vorgesehen ist, wobei das Referenzsignal über die Seitenstrahlung der Antennen und das Meßsignal über die Hauptstrahlung gekoppelt ist.

4. Bewegungsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem durch ein nichtlineares Element DET gebildeten Detektor ein zweiter, niederfrequenter Bandpaß BP2 zuschaltbar ist, der die Erzeugung einer DC-freien Signalkomponente aus dem reflektierten Signalspektrum ermöglicht und somit zum Empfang einer entsprechend codierten Nachricht von einem elektronischen Signalgeber benutzt werden kann.