BRPI0109092B1 - Sensor de movimento a infravermelho passivo - Google Patents

Description

"SENSOR DE MOVIMENTO A INFRAVERMELHO PASSIVO" Fundamentos da Invenção O presente pedido refere-se sensores de detecção de movimento a infravermelho passivos e mais especificamente trata de um sensor que tem características aperfeiçoadas com respeito a falsos alarmes causados por pequenos animais domésticos.

Os detectores a infravermelho passivos focalizam a radiação proveniente de uma área a ser monitorada de uma maneira específica tal que o movimento de um intruso humano através do espaço monitorado é detectado. Um sistema de focalização Fresnel (lente ou espelho) focaliza a radiação infravermelha emitida por um alvo humano ou animal sobre um detector de infravermelho passivo. Para aperfeiçoar as características de resposta do sensor, a lente Fresnel tem múltiplas lentículas e cada lentícula inclui um elemento focalizador definindo um feixe infravermelho que cobre coletivamente a área protegida. Estes feixes crescem em dimensão em função crescente proporcional à distância do detector. Esta característica da lente Fresnel dificulta distinguir pequenos animais domésticos localizados em uma região próxima ao detector de um alvo humano localizado a uma distância substancial do detector. Na região mais próxima do detector, os feixes são bastante pequenos, e como tais, um pequeno animal produzirá um sinal similar em nível a uma pessoa situada a uma distância substancial do detector.

Como pode ser apreciado, pequenos animais e particularmente gatos, têm substancial mobilidade vertical não estão confinados a uma área adjacente ao assoalho. Alguns sistemas tentaram projetar uma zona inferior ou morta na região próxima ao sensor para reduzir problemas associados com falsos alarmes, causados por animais domésticos. A substancial mobilidade vertical de gatos anula este tipo de sistema. A patente US 4.849.635 apresenta um único sensor detector de infravermelho passivo onde substanciais espaçamentos são previstos entre os feixes ou zonas detecção. Esta zonas são de tal maneira espaçadas que um pequeno animal tem de entrar em uma zona morta quando se movimentam através do espaço. Em contraste, um alvo humano é muito maior e mais alto e por conseguinte produzirá um sinal indiferentemente ao fato de dele estar de pé em uma posição que no nível do assoalho, está em uma zona morta. Com este sistema, um pequeno animal produz um sinal de pulso com um componente muito baixo quando o animal está na zona morta, ao passo que um alvo humano ainda que produzindo um sinal pulsado, o sinal é muito mais constante e pode ser facilmente distinguido de um pequeno animal.

Infelizmente, com este sistema, um gato localizado em um ponto elevado em próxima proximidade do sensor cobrirá duas zonas ativas de maneira similar àquela de um humano. É também conhecido o uso de dois tipos diferentes de sensores para auxiliar a distinguir entre um intruso humano e um pequeno animal. Particularmente, um sensor de microondas em combinação com um sensor a infravermelho passivo foi usado. Este tipo de sensor de tecnologia dupla aumenta grandemente o custo do sistema e como tal, não é particularmente desejável. Foi também proposto utilizar um detector de infravermelho passivo com dois elementos e analisar o sinal proveniente dos dois detectores para distinguir entre um intruso e um animal domestico.

Tipicamente, um elemento recebe baixa radiação e um detector recebe alta radiação. O pequeno animal não tem altura para disparar ambos os detectores. O presente sistema mais uma vez experimenta algumas dificuldades e também tem o custo adicional da detecção com dois elementos.

Uma melhor abordagem para distinguir entre pequenos animais e intrusos humanos se faz necessário.

Sumário da Invenção Um sensor de movimento a infravermelho passivo de acordo com a presente invenção compreende um detector a infravermelho passivo, um sistema de focalização Fresnel em fronte do detector para focalização seletiva de irradiação infravermelha proveniente de uma área a ser monitorada, e dirigindo a dita radiação sobre o detector e processando componentes de circuito deste tipo para analisar o sinal proveniente do detector e efetuar uma determinação quanto ao f ato um intruso estar ou não presente. O sistema de focalização Fresnel é dividido em pelo menos duas carreiras, compreendendo uma primeira fila e uma segunda fila. A primeira fila focaliza a radiação proveniente de uma subdivisão distante da área sendo monitorada e a segunda fila focaliza a radiação proveniente de uma próxima subdivisão da área sendo monitorada. A segunda fila divide a próxima subdivisão em tiras sensoras próximas verticalmente dispostas alongadas de tal maneira que um pequeno animal na próxima subdivisão causa o detector a produzir um sinal de menos de 80% do sinal usado para indicar a presença de um intruso na subdivisão próxima ou na subdivisão distante. O sistema de focalização Fresnel pode ser quer um sistema de espelho quer um sistema de lente. De preferência, uma lente Fresnel é usada, compreendendo um número de lentículas empilhadas de uma lente Fresnel com o resultado sendo um alongamento da área que é suscetível de receber radiação focalizando a mesma sobre o detector. Basicamente, as lentículas empilhadas uma sobre o topo da outra, proporcionam uma série de pontos focais verticais em contraste com a prática prévia de um único ponto focal.

Com este sistema, o que era previamente uma área responsiva muito pequena em estreita proximidade do sensor foi agora alongada ou modelada por intermédio da qual a radiação proveniente de um pequeno animal em estreita proximidade está em proporção à radiação recebida de um intruso humano a uma distância substancial do sensor (isto é, é substancialmente menor em magnitude).

Basicamente a dimensão da área ativa foi alongada e na maioria dos casos estreitada. Com esta disposição, um pequeno animal doméstico tende a atravessar esta área ao passo que um intruso ainda tem substancial altura vertical, e como tal, dispara ou ativa o sistema. Assim, o sistema amplia a área sensora e decresce a resposta causada por um animal de pequeno porte.

Um sensor de movimento infravermelho passivo de acordo com um aspecto da invenção, compreende um detector infravermelho passivo, um sistema de focalização de lente Fresnel em fronte do detector para focalização segmentada de radiação infravermelha proveniente de uma área a ser monitorada sobre o detector e elementos de circuito de processamento para analisar o detector, e efetuar uma determinação quanto ao fato da presença de um intruso. O sistema de focalização Fresnel é dividido em pelo menos três filas horizontais compreendendo uma fila distante superior, uma fila intermediária e uma fila próxima, com cada fila tendo uma série de facetas focalizadoras horizontalmente espaçadas. Cada faceta focalizadora da fila próxima e intermediária é segmentada para alongar verticalmente e configurar uma região de detecção da faceta de tal maneira que a radiação infravermelha passiva recebida devido a um pequeno animal na região de detecção seja facilmente distinguida da radiação infravermelha passiva recebida devido a um intruso na região de detecção.

Descrição Sucinta dos Desenhos Concretizações preferenciais da invenção são ilustradas nos desenhos, nos quais: A figura 1 é uma vista esquemática do sensor de movimento a infravermelho passivo. A figura 2 é uma vista esquemática mostrando as condições de detecção de um sensor a infravermelho passivo convencional. A figura 3 é uma vista esquemática ilustrando o alongamento vertical das regiões de detecção sendo usadas dentro de uma zona próxima e intermediária. A figura 4 mostra um sistema de lente de Fresnel dividido em uma série de zonas e mostrando a locação dos vários pontos focais. A figura 5 mostra uma lente de Fresnel similar à lente da figura 4, todavia, mostrando a forma efetiva da lente. A figura 6 ilustra como as partes de faceta segmentadas de uma lente de Fresnel são produzidas. A figura 7 ilustra a formação de uma faceta modificada da lente de Fresnel; e A figura 8 mostra o sinal típico produzido por um alvo humano no espaço monitorado e por um alvo animal em um espaço monitorado.

Descrição Detalhada das Concretizações Preferenciais O sensor de movimento a infravermelho passivo 2 compreende um detector de um único elemento 4„ um sistema de focalização Fresnel 6, e neste caso uma lente que focaliza a radiação infravermelha 20 do espaço sendo monitorado 22 sobre o detector. O sinal proveniente do detector de um único elemento 4 é alimentado ao bloco de condicionamento e amplificação de sinal 3 com o sinal condicionado sendo fornecido ao microprocessador 10. O microprocessador 10 determina a intensidade do sinal recebido em qualquer ponto no tempo e baseado sobre o mesmo, determina condições de alarme. O sinal que é gerado por um pequeno animal é normalmente de amplitude significativamente mais baixa que aquele de um humano e pode ser filtrado por um algoritmo apropriado. Infelizmente, como mostrado na figura 2, o sistema de lente de Fresnel que é usado em sensores de movimento a infravermelho passivos da técnica anterior,possuem a característica de que a dimensão da área ativa da qual a radiação é focalizada aumenta em função da distância de separação do detector.

Como mostrado na figura 2, a zona distante 44 tem uma área ativa genericamente indicada como 26 e esta área pode ser dimensionada para permitir que a radiação de um humano seja efetivamente reconhecida pelo sensor. Um pequeno animal 21 na área ativa 26 não produz um sinal de magnitude suficiente para indicar uma condição de alarme. Na zona intermediária 42 a área ativa 30 é menor em dimensão quando a distância do detector tiver decrescido. Mais uma vez, o animal não ocupa toda a área ativa 30 e a área ativa 30 cobrirá uma grande parte de um intruso humano, e dessa forma, um pequeno animal e um humano podem ser distinguidos..

Na área próxima indicada como 40, a área ativa substancialmente decresceu conforme indicado em 34 e um pequeno animal doméstico, tal como um gato, será de uma altura de aproximadamente H2 e cobre efetivamente a área 34. Infelizmente, o sinal produzido pelo pequeno animal doméstico será de uma magnitude similar àquela do sinal produzido por um humano na área 2.Esta região próxima do sensor é a área onde era muito difícil distinguir pequenos animais domésticos de intrusos humanos a uma longa distância. Também podería ser visualizado que o pequeno animal doméstico e o humano, devido à dimensão limitada da região 34 produz um sinal similar que não seria o caso com respeito à área ativa 30 ou área ativa 26. A figura 3 mostra os resultados de um sistema de lente de Fresnel modificado onde as áreas ativas do sensor em uma região próxima ao sensor foram verticalmente alongadas e reduzidas em largura. O alongamento vertical 50 mostra um número de segmentos 52 que aumentam em dimensão verticalmente. Com esta configuração vertical da zona ativa, o segmento extremo inferior 52 mais uma vez é dominado por um pequeno animal doméstico quando o pequeno animal doméstico cruza aquela zona, todavia, a magnitude daquele sinal foi reduzida e o grau de radiação recebido pelo detector foi reduzido pela extensão em que a zona foi verticalmente alongada devido ao empilhamento dos segmentos focalizadores 52. Assim pode ser visto que um intruso humano, com relação à zona ativa 60 produzirá um sinal que é muito similar a um intruso passando através da zona ativa 50 quando ele se aproxima do detector. De modo similar o sinal proveniente da presença do pequeno animal doméstico na zona 50 será em proporção e certamente não excederá o sinal produzido por um humano em 60. Este alongamento vertical das zonas ativas próximas ao sensor é particularmente vantajoso quando o detector de um só elemento 4 pode ser usado e a presença de um pequeno animal doméstico facilmente distinguida.

Este alongamento vertical das zonas ativas próximas ao sensor pode ser parcialmente explanado com referência à figura 4. O sistema de lente de Fresnel foi dividido em quatro divisões, a saber: fila 1- 60, fila 2 - 62, fila 3 - 64 e a região superior 66. A região superior 66 é um conjunto de lente de Fresnel típico para monitorar uma região distante do detector. As filas 1, 2 e 3 são para a área mais próxima do sensor. A fila 1 mostra os pontos focais empilhados verticais 67 de cada lentícula e neste caso, cinco pilhas de pontos focais 67 são mostradas. A segunda pilha - 62, mais uma vez tem uma série modificada de lentículas tendo pontos focais 69 que são mais uma vez verticalmente empilhados. Estes pontos focais 69 são decalados em relação aos pontos focais 67 e cooperam com a fila 1 para definir a região próxima. Requerem uma segunda fila devido às diferentes estruturas de fila 1 e 2 que serão explanadas com referência às figuras 6 a 8 inclusive. A fila 3 também tem uma série de pontos focais empilhados 71 e estes são usados para a região intermediária. Como previamente mencionado, a região 66 é para a região distante e é de uma construção convencional. A figura 5 mostra um sistema de lente de Fresnel dividido em regiões 61, 63 e 65. A região 61 é produzida pelo fatiamento de uma faceta de lente de Fresnel como mostrado na figura 7. A faceta B da figura 7 é essencialmente verticalmente fatiada como mostrado no desenho intermediário. E então verticalmente deslocada como mostrado pela faceta B’ da figura 7. Esta pilha verticalmente deslocada de pontos focais 67 é mostrada na figura 4. Esta abordagem alonga verticalmente a zona ativa e assim modela a zona reativa da maneira desejada para aumentar a sensibilidade vertical e reduzir o sinal que um pequeno animal doméstico produzirá se atravessar esta zona ativa. A fila 63 da figura 5 é produzida da maneira mostrada na figura 6. Uma parte central da faceta A da figura 6 é removida e facetas similares são empilhadas uma acima da outra para produzir a faceta A’ da figura 6. Esta é a estrutural geral dos vários segmentos 63. Se as partes são suficientemente pequenas, a pilha resultante pode se aproximar da lente do tipo de corpo cilíndrico da figura 6. Também pode ser visto na figur5 que o segmento 63 tem quatro dos ditos segmentos empilhados um acima do outro e existem diferentes partes horizontalmente através da lente de Fresnel.

Com esta disposição, a área ativa próxima ao sensor foi verticalmente alongada e é relativamente estreita. Aumentando a extensão vertical da área ativa, o sinal produzido por um pequeno animal doméstico é grandemente reduzido e assim a sensibilidade a pequenos animais é grandemente reduzida. O alongamento vertical assegura que o intruso humano mais alto será detectado, por conseguinte, o alongamento vertical na zona próxima permite o decrescimento do sinal causado por um pequeno animal, e permite este sinal reduzido ser distinguido de um intruso a uma distância substancial do sensor.

Com este sistema, um detector com um único elemento pode ser usado e o mesmo algoritmo é usado pelo microprocessador para distinguir entre humanos e pequenos animais domésticos facilmente distinguíveis. Se um gato acontece de trepar sobre um sofá e caminhar ao longo do encosto do sofá em estreita proximidade do sensor, o pequeno animal ainda não ocupará a totalidade da zona ativa segmentada devido ao substancial alongamento vertical e como tal, o sinal resultante é menor que aquele usado para distinguir um intruso. O sistema de focalização alonga verticalmente a área responsiva. Este alongamento vertical pode ser obtido através de apropriada construção de lente ou construção de espelho.A lente de Fresnel constitui uma abordagem conveniente para a realização deste objetivo. Um espelho para a focalização da radiação infravermelha constitui uma alternativa eficiente em termos de custo. O espelho pode ser segmentado ou de uma construção contínua para realizar o alongamento vertical desejado para permitir que um pequeno animal doméstico e um intruso humano sejam distinguidos.

Alguns detectores de movimento a infravermelho passivos (PIR) utilizam óptica de espelho para focalizar a energia infravermelha proveniente da área protegida. Normalmente, o sistema de focalização a espelho tem eficiência superior na focalização comparado com a lente de Fresnel. Um espelho curvo atua como um concentrador de energia e também cria padrões de feixe similares a uma lente de Fresnel. A superfície de um espelho dado pode ser segmentada e cada segmento girado em pequenos incrementos para alongar o padrão de feixe. Outra maneira de alcançar um resultado similar é modificar a curvatura do espelho para alargar o padrão do feixe. A reflexão do raio infravermelho incidente está subordinada ao ângulo de incidência. A curvatura do espelho pode projetada para criar largura e comprimento de feixe desejáveis à distâncias dadas do detector.

Esta técnica de alongamento ou de conformação é também suscetível de distinguir dois pequenos animais domésticos em estreita proximidade do sensor. Basicamente, o sinal produzido por um pequeno animal doméstico tal como um gato é de menos de cerca de 40% de dois gatos em estreita proximidade do sensor somente produzirá um sinal de cerca de 80% da magnitude necessária para indicar um intruso.

Esta técnica de alongamento vertical para distinguir entre pequenos animais domésticos e intrusos é particularmente proveitosa em uma área imediatamente abaixo do detector assim como em uma área intermediária. O sinal 100 da figura 8 mostra a resposta 102 devido a um intruso humano na zona próxima e resposta 104 devido à presença de um gato na zona próxima. O alongamento vertical das zonas ativas reduziu o sinal produzido por um pequeno animal doméstico.

Muitos feixes são usados para genericamente ‘iluminar’ a área com a altura vertical de cada feixe sendo muito maior que a altura de um pequeno animal doméstico.

Embora várias concretizações preferenciais da presente invenção tenham sido descritas aqui em detalhe, será apreciado por aqueles versados na técnica que variações podem ser introduzidas nas mesmas sem se afastar do espírito da invenção ou do âmbito das reivindicações apensas.

Claims (12)

1. Sensor de movimento a infravermelho passivo destinado a um sistema de segurança, dito sensor compreendendo: um único elemento detector a infravermelho passivo (4), um sistema de focalizaçfio (6) em frente do dito detector para tocaiização de radiação infravermelha proveniente de uma área a ser monitorada sobre o dito detector, componentes de circuito de processamento (10) para analisar o sinal proveniente do dito detector e efetuar uma determinação quanto à presença ou não de um intruso. CARACTERIZADO pelo fato de que pelo fato de dito sistema de focalização (6) é dividido em pelo menos 2 filas horizontais (60, 62, 66) que compreendem uma fila distante (66), e uma fila próxima (60, 62), para focalização segmentada de radiação infravermelha no dito detector a infravermelho, e em que dita a fila próxima (60 .62) tem uma série de facetas de focalização hori zontal mente espaçadas, e em que cada uma das ditas facetas de focalização possuí uma região de detecção e é segmentada para alongar verticalmente e configurar a região de detecção para permitir que os componentes de circuito de processamento distingam da mesma maneira entre um Intruso humano e um pequeno animal doméstico através de toda a área a ser monitorada (22),

2. Sensor de movimento a infravermelho passivo, de acordo com a reivindicação 1. CARACTERIZADO pelo fato de que cada uma das ditas filas (60. 62, 66) inclui regiões de detecção que são vertical mente dimensionadas, de tal maneira que um pequeno animal doméstico na dita região permaneça distinguível de um intruso humano pelos ditos componentes de circuito de processamento.

3. Sensor de movimento a infravermelho passivo, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que cada faceta de focalização da fila próxima (60, 62) foi vertical mente segmentada c deslocada para definir uma pilha de pontos focais definindo a dita região de detecção,

4. Sensor de movimento a infravermelho passivo, de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 3. CARACTERIZADO pelo fato de que o dito sistema de focalização é um sistema de focalização de Fresnel.

5. Sensor de movimento a infravermelho passivo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito sistema de focalização Fresnel é uma lente de Fresnel.

6. Sensor de movimento a infravermelho passivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito sistema de focalização é um conjunto de espelhos.

7. Sensor de movimento a infravermelho passivo ,de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de focalização compreende adicionalmente uma fila intermediária (64), em que a fila distante (66) e a fila intermediária (64) tem, cada uma, uma série de facetas de focalização horizontalmente espaçadas, cada faceta de focalização da fila intermediária (64) tendo uma região de detecção, e cada faceta da fila intermediária (64) sendo verticalmente segmentada para alongar verticalmente e configurar a região de detecção para permitir aos componentes de circuito de processamento distinguirem da mesma maneira entre um intruso humano e um pequeno animal doméstico através de toda a área a ser monitorada.

8. Sensor de movimento a infravermelho passivo, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que cada faceta de focalização da fila intermediária é dividida horizontalmente em segmentos de focalização discretos empilhados em relação de superposição.

9. Sensor de movimento a infravermelho passivo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a região de detecção de cada faceta é de uma largura estreita e de uma altura alongada.

10. Sensor de movimento a infravermelho passivo, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que um pequeno animal doméstico na dita região associada com a dita fila próxima faz com que o dito detector produza um sinal de menos do que 80% do sinal usado para efetuar a determinação da presença de um intruso.

11. Sensor de movimento a infravermelho passivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que um pequeno animal doméstico na dita região associada com a dita fila próxima faz com que dito detector produza um sinal de menos do que 40% do sinal usado para indicar a presença de um intruso na dita região associada com a dita fila próxima ou a dita região associada com a dita fila distante.

12. Sensor de movimento a infravermelho passivo, de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que dois pequenos animais domésticos na dita região associada com a dita fila próxima deixam de fazer com que dito detector produza um sinal indicando a presença de um intruso.