專利名稱：用于自動門附近存在檢測的熱敏陣列設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種熱敏陣列設(shè)備，包括例如一個熱電堆陣列，在包括一個監(jiān)視錐面陣列布置的監(jiān)視區(qū)域內(nèi)提供存在和運動檢測，在這種設(shè)備用作門傳感器設(shè)備的舉例應(yīng)用中，特別適合提供門口中或附近的物體的存在和/或運動檢測，優(yōu)選用于自動門應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在這種應(yīng)用中，檢測到象人體這一類的目標(biāo)物體的存在是在，例如，進入門傳感器監(jiān)視區(qū)域觸發(fā)門自動打開時，或在檢測到目標(biāo)物體在門口中，防止門關(guān)閉碰到目標(biāo)物體時。
熱成像基于對任何具有確定溫度的物體發(fā)射的熱輻射測量。該輻射的相關(guān)波長在7μm到14μm之間。
非接觸溫度(或熱)測量一般可以使用熱電堆傳感器。它們可以用于或適合用于檢測存在具有與其環(huán)境溫度不同的溫度的物體。當(dāng)環(huán)境具有完全一致的溫度時，例如環(huán)境溫度，它們的運行也可以對環(huán)境不敏感。
其它技術(shù)也可以使用，例如熱輻射計陣列。因為所有這些傳感器都是遠程測量目標(biāo)的熱輻射，自身不發(fā)送任何輻射，所有稱作是被動的。
熱電堆是使用一個微型熱電偶的傳感器，通常構(gòu)造在由例如制造熱電堆的硅基底，或在該基底上形成的一個冷源和一個熱源之間。假設(shè)目標(biāo)溫度高于環(huán)境的環(huán)境溫度，象人體或動物身體處在環(huán)境溫度低于其體溫的環(huán)境的情形，冷源與環(huán)境溫度相關(guān)，熱源與目標(biāo)相關(guān)。熱電偶放置在兩個源之間，溫度差產(chǎn)生一個與源獲得的溫度差成正比的電壓。
在幾種不同的應(yīng)用中已經(jīng)使用熱電偶來遠程估計區(qū)域中的溫度，象耳溫計(Kenneth等人，US 4,772,612)、微波爐內(nèi)部(Bu，US5,589,094；Lee，US 6,013,907)、電吹風(fēng)(Van Der Wal等人，WO99/01726)、供暖系統(tǒng)燃燒器(Carignan，US 4,717,333)和運動檢測(Beerwerth等人，US 6,203,194 Bl)。在后一種情形中，使用多透鏡技術(shù)來實現(xiàn)運動檢測，以便在每次目標(biāo)離開一個透鏡覆蓋的區(qū)域并進入另一個時產(chǎn)生幾個關(guān)于傳感器陣列的變化。
用于存在或運動檢測的主動(active)傳感器通常依靠的原理是，設(shè)備包括一個在一個區(qū)域方向(例如地面或其上)或一個受監(jiān)視空間(這里稱作監(jiān)視區(qū)域)的立體角方向發(fā)射輻射(典型是光或微波等電磁輻射)的發(fā)射器和一個檢測從監(jiān)視區(qū)域，例如通過其反射，返回的一部分輻射的輻射檢測器。當(dāng)輻射檢測器方向的反射率變化時，返回的輻射量也變化。例如一個物體進入監(jiān)視區(qū)域的后果是可能會發(fā)生這種情況。
主動傳感器一般，也是在自動門的應(yīng)用中，具有下列缺點。發(fā)射輻射引起保持發(fā)射輻射所需的對應(yīng)輔助功耗。發(fā)射的輻射可能對人的舒適或健康是有害的。當(dāng)發(fā)射的輻射可見時，在不希望執(zhí)行存在檢測的時候也會是顯著的。而且從監(jiān)視區(qū)域返回的輻射的檢測量可能會被要檢測的目標(biāo)物體，例如人體，之外的物體改變，這會導(dǎo)致“誤警”。用于存在檢測的被動(passive)傳感器設(shè)備不會發(fā)射輻射來執(zhí)行其檢測，而是檢測由要檢測的目標(biāo)物體發(fā)射的輻射。熱電傳感器在環(huán)繞自動門的應(yīng)用中是眾所周知的，但是它們被用于移動檢測。熱電傳感器只提供溫度變化測量，而不適合穩(wěn)態(tài)溫度測量。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的傳感器的這些缺點，本發(fā)明的一個目的是提供一種檢測如人體等目標(biāo)物體的存在和/或運動的傳感器設(shè)備和門傳感器，對于關(guān)于門的應(yīng)用和門附近的檢測特別有用處，尤其是自動門，減輕或避免了上述缺點。本發(fā)明的目的將特別提供一種傳感器設(shè)備和一種門傳感器，功耗非常低，體積小，不需要主動發(fā)射輻射，能達到特別是穩(wěn)態(tài)溫度測量和檢測監(jiān)視區(qū)域所需要的長期穩(wěn)定性。
門傳感器的位置正常是在門上部的中間或旁邊。在這種應(yīng)用中，門傳感器將會瞄準(zhǔn)于覆蓋或監(jiān)測或檢查門的移動區(qū)域。以這種應(yīng)用為目的，本發(fā)明的另一個目的是避免由自動門移動引起的誤警或干擾，在如雨、雪、樹葉等干擾進入監(jiān)視區(qū)域，可能導(dǎo)致門不必要的打開或不必要的長時間保持打開的情況下，對監(jiān)視區(qū)域中地面的反射率變化不敏感。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一個檢測監(jiān)視區(qū)域中的物體存在的熱敏陣列設(shè)備來實現(xiàn)上述目的，熱敏陣列設(shè)備包括按陣列布置提供的、至少兩個以上的多個熱敏傳感器，每個熱敏傳感器與包含在監(jiān)視區(qū)域中的、至少兩個以上的多個對應(yīng)監(jiān)視錐面中的一個相關(guān)聯(lián)。每個熱敏傳感器還適合于吸收一部分從多個監(jiān)視錐面中相應(yīng)關(guān)聯(lián)的一個反射的紅外熱輻射。
每個熱敏傳感器還包括一個電連接傳感器的電路，用于測量熱敏傳感器中由目標(biāo)溫度產(chǎn)生的信號。設(shè)備優(yōu)選包括熱電堆傳感器或熱輻射計傳感器作為熱敏傳感器。
每個熱敏傳感器中的電路優(yōu)選適合于輸出一個與監(jiān)視錐面中占優(yōu)勢溫度單調(diào)相關(guān)的信號。
信號可以是一個由在至少兩個熱敏傳感器的第一和第二觸點之間的陣列中的各個傳感器產(chǎn)生的電壓。
設(shè)備還包括適合測量由多個熱敏傳感器產(chǎn)生的多個電壓的預(yù)/放大電路和適合提供多個與熱敏傳感器對應(yīng)并指明對應(yīng)監(jiān)視錐面中占優(yōu)勢溫度的變化電信號的多路復(fù)用電路。
設(shè)備還包括一個適合在其中容納所述多個熱敏傳感器和多個光學(xué)元件的包裝。每個光學(xué)元件適合將從對應(yīng)監(jiān)視錐面發(fā)射的部分紅外輻射成像到對應(yīng)熱敏傳感器的第一源或敏感元件上。光學(xué)元件可以是適合傳遞紅外輻射的透鏡。
陣列布置可以是一個線性陣列或一個二維陣列。
優(yōu)選是至少一個傳感器元件適合置于不定可選的參考溫度。這種安排的目的是監(jiān)測傳感器的檢測能力。該特征對于安全應(yīng)用有用處。例如，每個熱敏傳感器安裝一個用于監(jiān)測每個傳感器敏感性的加熱元件。在優(yōu)選實施方案中，通過一個疊加電流由傳感器自行執(zhí)行加熱功能。
熱敏陣列設(shè)備還包括一個適合檢測輔助監(jiān)視區(qū)域中目標(biāo)物體的存在和/或運動的輔助傳感器。輔助傳感器的類型與熱敏傳感器不同。輔助傳感器可以是微波雷達傳感器、微波多譜勒傳感器、主動紅外傳感器或熱電傳感器中的一種。
在一個共用基底上可以制造多個熱敏傳感器?；卓梢允枪杌?，熱敏傳感器可以使用硅集成技術(shù)制造，優(yōu)選是CMOS集成技術(shù)。
考慮到關(guān)于自動門和開門裝置的應(yīng)用，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種門傳感器設(shè)備，適合檢測在門口中和/或附近延伸的監(jiān)視區(qū)域中目標(biāo)物體的存在和/或運動，其中門包括至少一個適合于打開和關(guān)閉門洞的可移動門部件。設(shè)備包括與至少一個門部件對應(yīng)的至少一個如上面描述的熱敏陣列設(shè)備，其中至少一個熱敏陣列設(shè)備的多個監(jiān)視錐面按照與對應(yīng)門部件完全平行延伸的線性陣列布置來排列。
監(jiān)視錐面可以在對應(yīng)的活動門部件兩側(cè)延伸。
熱敏傳感器的監(jiān)視錐面的相交產(chǎn)生位于地面或地面上任意高度的監(jiān)視點。因此，可以在任意高度檢測進入檢測錐面內(nèi)的任何目標(biāo)。
當(dāng)門包括一個包括一個或多個適合在與門洞完全平行的平面內(nèi)滑動的移動門部件的滑動門裝置時，至少一個熱敏陣列傳感器的監(jiān)視點的線性陣列布置可以完全跨過和沿著移動門部件或門口來延伸。在這種門裝置中，另一種選擇是，門傳感器設(shè)備包括兩個熱敏陣列設(shè)備，其中與兩個陣列設(shè)備對應(yīng)的監(jiān)視點的線性陣列布置位于門口相對的兩側(cè)。
當(dāng)門包括一個包括一個或多個回旋門部件的回旋門裝置時，可以為每個回旋門部件提供至少一個熱電堆陣列設(shè)備，其中與每個熱敏陣列設(shè)備對應(yīng)的監(jiān)視點的線性布置隨著對應(yīng)的回旋門部件移動，這樣它們與其保持基本平行。在這種門裝置中，另一種選擇是，門傳感器設(shè)備包括與每個回旋門部件關(guān)聯(lián)的兩個熱敏陣列設(shè)備，監(jiān)視點的兩個對應(yīng)線性陣列布置位于回旋門部件相對的兩側(cè)。
當(dāng)門是包括多個旋轉(zhuǎn)門部件的旋轉(zhuǎn)門裝置時，為每個旋轉(zhuǎn)門部件提供至少一個熱敏陣列設(shè)備，其中監(jiān)視點的線性布置隨著每個旋轉(zhuǎn)門部件中對應(yīng)的一個移動，這樣它們與其保持基本平行。在這種門裝置中，監(jiān)視點的線性布置優(yōu)選排列在相對于旋轉(zhuǎn)門部件循環(huán)旋轉(zhuǎn)方向前方的一側(cè)。在這種門裝置中，門傳感器設(shè)備對每個旋轉(zhuǎn)門部件包括兩個熱敏陣列設(shè)備，其監(jiān)視點的兩個對應(yīng)線性陣列布置位于每個旋轉(zhuǎn)門部件中對應(yīng)一個的相對兩側(cè)。
門傳感器設(shè)備還包括至少一個適合檢測至少一個輔助監(jiān)視區(qū)域中的物體的存在和/或運動的輔助傳感器，輔助傳感器的類型與熱敏傳感器不同。輔助傳感器優(yōu)選是微波雷達傳感器、主動紅外傳感器、微波多譜勒傳感器或熱電傳感器中的一種。
象熱電堆傳感器或熱輻射計這些熱敏傳感器超過傳統(tǒng)熱電傳感器的一個主要優(yōu)點是它們能夠檢測穩(wěn)態(tài)溫度的能力。熱電傳感器只提供溫度變化測量。這對于與開門裝置結(jié)合的應(yīng)用和/或?qū)τ谧詣娱T是有利的，因為在這種應(yīng)用中檢測目標(biāo)存在是基本的。
門傳感器設(shè)備天然對門部件和/或門扇和導(dǎo)軌不敏感，因而可以非常容易的設(shè)置在門框中。系統(tǒng)小且重量輕，因此可以容易的集成在一個包裝中，為安全起見包裝不但包括這種傳感器，還包括用于運動檢測的另一種不同類型的傳感器。雙傳感器技術(shù)具有兩種技術(shù)組合所給出的有趣的屬性。
參照附圖中以舉例方式說明的示例實施方案，通過下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點和可能的應(yīng)用顯而易見。
在描述結(jié)束處提供的列表中總結(jié)了在描述、附加權(quán)利要求、摘要和附圖中使用的術(shù)語和對應(yīng)的引用數(shù)字。


在附圖中，圖1是一幅切開一個熱敏陣列設(shè)備示例實施方案的示意截面圖，熱敏陣列設(shè)備包括根據(jù)本發(fā)明的一個陣列設(shè)備實施方案的一個熱電堆傳感器陣列；圖2是一幅切開如圖1所示，形成一個根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)測包括監(jiān)視點的監(jiān)視區(qū)域的陣列設(shè)備的一個熱電堆傳感器陣列實施方案的示意截面圖；圖3A是一幅穿過一個滑動門裝置水平面的示意截面圖，還包括形成本發(fā)明一個實施方案中的門傳感器設(shè)備監(jiān)視區(qū)域的多個監(jiān)視點的頂視圖；圖3B是一幅穿過一個回旋門裝置水平面的示意截面圖，還包括形成本發(fā)明另一個實施方案中的門傳感器設(shè)備監(jiān)視區(qū)域的多個監(jiān)視點的頂視圖；圖3C是一幅穿過一個旋轉(zhuǎn)門裝置水平面的示意截面圖，還包括形成本發(fā)明又一個實施方案中的門傳感器設(shè)備監(jiān)視區(qū)域的多個監(jiān)視點的頂視圖；圖4A是一幅穿過一個滑動門裝置水平面的示意截面圖，還包括形成本發(fā)明一個優(yōu)選實施方案中的、包括另一個不同類型傳感器的門傳感器設(shè)備監(jiān)視區(qū)域的多個監(jiān)視點的頂視圖；圖4B是一幅穿過一個滑動門裝置水平面的示意截面圖，還包括形成本發(fā)明另一個優(yōu)選實施方案中的、包括一個熱電堆傳感器二維陣列的門傳感器設(shè)備監(jiān)視區(qū)域的多個監(jiān)視點的頂視圖。
具體實施例方式
參看圖1和2，作為如圖2中顯示的根據(jù)本發(fā)明的熱敏設(shè)備的熱電堆陣列設(shè)備80主要包括一個在圖1中示意性說明的熱電堆傳感器10陣列。每個熱電堆傳感器10適合檢查或監(jiān)測一個監(jiān)視點52，監(jiān)視點52構(gòu)成設(shè)備80總監(jiān)視區(qū)域的一部分。
當(dāng)參考圖2中顯示的熱電堆傳感器陣列的如圖1所示的一個熱電堆傳感器的一個元件X時，給該元件X的引用數(shù)字連接一個后綴“-i”，得到陣列中該元件的引用數(shù)字X-i。這里，i是整數(shù)，用于標(biāo)注傳感器陣列中一個特定熱電堆傳感器10-i，i可以假定是從1到n中的任意值，其中n表示陣列中包含的熱電堆數(shù)量。
如圖1所示，在本發(fā)明的一個實施方案中，一個熱電堆傳感器10包括熱耦合到大小縮小的熱電偶12的第一觸點15的第一源元件14和熱耦合到熱電偶12的第二觸點19的第二源元件16。熱電偶12放置在一個在基底40表面上提供的隔離層20上。熱電偶12的第一觸點15通過第一熱電堆連接器24電連接到第一熱電堆信號端28，熱電偶12的第二觸點19通過第二熱電堆連接器26電連接到第二熱電堆信號端30。在第一和第二熱電堆信號端28、30處，分別在它們之間，提供或可以測量一個與監(jiān)視區(qū)域52中占優(yōu)勢的、分別與熱電堆傳感器10的第一源元件14的溫度相關(guān)的溫度相關(guān)的電信號，即在熱電偶14的第一和第二觸點15、19之間產(chǎn)生的電壓Vt。如圖2所示，在基底40上提供了多個基本相同的熱電堆傳感器10-i，因此基底40是一個共用基底?；變?yōu)選是一個硅基底。
CMOS硅集成的優(yōu)點是允許在傳感器內(nèi)部集成必須的預(yù)放大和多路復(fù)用電路，這使根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備對于在與例如自動門和開門裝置相關(guān)的低成本應(yīng)用中的使用非常有吸引力。容易假定等于或低于1℃的良好敏感度，陣列元件(熱電堆傳感器)的大小可以較大。
提供了一個圍繞承載熱電堆陣列的基底的包裝或外殼42，用于在其中容納熱電堆傳感器10-i陣列。
熱電堆傳感器10還包括一個包括一個熱敏電阻(沒有顯示的)、作為一個分離元件或優(yōu)選包含在熱電堆陣列基底42之中的電路(沒有顯示)和一個低噪低偏移放大器。熱敏電阻出于補償?shù)哪康挠糜诟袘?yīng)溫度，低噪低偏移放大器用于放大信號并送給一個包含在陣列設(shè)備中的微控制器(沒有顯示)，微控制器優(yōu)選也容納在包裝42中。來自各個傳感器的所有信號，或處理后的或推導(dǎo)的信號都可以傳送和提供給包裝42外部，例如通過各自的電導(dǎo)體。陣列的輸出可以是傳感器所有像素信號的多路復(fù)用，或者輸出的任意組合。然后信息傳送到設(shè)備外部。來自陣列的信號可以使用下面描述的、用于門應(yīng)用的專用處理技術(shù)來處理。
熱電堆陣列設(shè)備80還包括具有測量在熱電堆信號端提供的信號(電壓Vt-i)，例如一個由一對熱電堆信號端提供的電壓，所需的預(yù)放大電路(沒有顯示)和多路復(fù)用電路(沒有顯示)的電路。部分這種電路或所有電路都可以容納在包裝42中。
在圖2所示的實施方案中，包裝42包括多個孔46-i。在包裝42的各個孔46-i中提供和排列了多個光學(xué)元件44-i。每個光學(xué)元件44-i將監(jiān)視點52-i成像到熱電堆傳感器10-i的第一源元件14-i上。這意味著光學(xué)元件傳遞一部分輻射，特別是從監(jiān)視點50-i發(fā)射、穿過光學(xué)元件44-i、形成目標(biāo)物體輻射束50-i的紅外輻射，然后將其重定向或聚焦，變成聚焦的圖像輻射束48-i，照射到第一源元件14-i上。以這種方式，得到了監(jiān)視點52-i和對應(yīng)相關(guān)的熱電堆傳感器10-i，特別是它們各自第一源元件14-i之間的關(guān)聯(lián)。提到的目標(biāo)物體束50-i形成一個監(jiān)視錐面。在每個錐面50-i中，在任何高度都可以進行熱檢測并可以檢測到目標(biāo)。上面提到的點52-i是由各個錐面50-i與監(jiān)視區(qū)域，例如地面，相交形成的。
照射到第一源元件14-i的紅外輻射(像束48-i)至少部分吸收到其中，從而加熱第一源元件14-i，得到會比在熱電堆傳感器10-i的第二源元件18-i處占優(yōu)勢的第二溫度高的第一溫度。為了增加第一源元件14-i的吸收性，吸收更大部分的照射在其上的紅外輻射，在其表面上提供了一個吸收層16-i。
光學(xué)元件44-i可以由高透射性的材料制成，從而為相關(guān)的紅外輻射提供一個通帶。光學(xué)元件44-i可以是例如由鍺或硅制成、具有適當(dāng)涂層、對紅外輻射透明的透鏡，并且可以用于保護熱電堆傳感器10-i。
陣列設(shè)備未必需要一個透鏡或多個透鏡將監(jiān)視點與傳感器元件關(guān)聯(lián)；可以使用其它光學(xué)裝置，例如波導(dǎo)和小孔成像，將來自監(jiān)視點的輻射導(dǎo)向?qū)?yīng)的熱電堆元件(的第一源元件)。
通過一個輻射防護屏(沒有顯示)可以保護第二源電極18-i不會被監(jiān)視區(qū)域發(fā)出的輻射照射，因此第二源元件18-i的溫度幾乎或理想上不會被監(jiān)視區(qū)域發(fā)出的紅外輻射所影響?？梢灶A(yù)知第二溫度與環(huán)境溫度相關(guān)，優(yōu)選是能夠如下面所描述的不定的被選擇或控制。
由于具有熱電偶12-i一個末端(假定第一末端)的第一源元件14-i和具有熱電偶12-i另一個末端(假定第二末端)的第二源元件18-i之間的熱耦合，熱電偶12-i產(chǎn)生一個隨著溫度差增加而增加的電壓Vt，即第一和第二溫度之間的差。制成熱電偶12-i的材料的選擇要使電壓Vt與第一源元件14-i處的第一溫度和第二源元件18-i處的第二溫度之間的差完全成正比。
通常為熱敏傳感器在第二源元件18-i附近提供一個加熱元件22-i，優(yōu)選是在源元件之一的下方。優(yōu)選是在監(jiān)視點(52-i)相對于源元件(18-i)一側(cè)的相對一側(cè)提供加熱元件(22-i)。更優(yōu)選的是，加熱元件由傳感器自身構(gòu)成，在其中注入電流以發(fā)熱。
加熱元件22通過第一加熱導(dǎo)線32電連接到第一加熱電流端36，通過第二加熱導(dǎo)線34電連接到第二加熱電流端38。第一和第二加熱電流端36、38可以電耦合到多路復(fù)用電路。加熱元件22提供了一個歐姆電阻，可以為其供電，使一個可定義的電流流經(jīng)其中，轉(zhuǎn)換成熱，這又導(dǎo)致加熱源元件18-i，獲得不定的可選溫度。形成的源元件18-i的溫度變化可以測量。通過多路復(fù)用電路或任何一個專用于該目的的特定電路，可以對任何一個熱電堆傳感器10-i重復(fù)且可選的執(zhí)行為加熱元件22供電并加熱源元件18，從而提供便利的可能來檢查每個熱電偶12-i和熱電堆傳感器10-i的檢測特性和檢查檢測特性的長期穩(wěn)定性，以便提供設(shè)備的長期穩(wěn)態(tài)測量能力。
因為每個熱電偶12-i產(chǎn)生的信號(電壓)取決于第一和第二源元件之間的溫度差，所以受環(huán)境溫度影響的陣列設(shè)備的絕對溫度或監(jiān)視區(qū)域中的絕對溫度幾乎不會，或者根本不會影響信號。只有目標(biāo)進入監(jiān)視點引起的監(jiān)視點中占優(yōu)勢溫度的變化才會導(dǎo)致由其發(fā)射的紅外輻射的變化，以及照射在第一源元件上的部分的對應(yīng)變化，這又導(dǎo)致其第一溫度的對應(yīng)變化，然后將會引起熱電偶提供的信號的變化?；蛘?，作為選擇，任一個源元件的溫度變化都會導(dǎo)致從熱電偶獲得的信號變化，溫度變化是不定可選的，例如通過控制對在該源元件附近提供的加熱元件的供電。
熱電堆傳感器10-i陣列可以在一個共用基底40上制造，例如通過使用已知的CMOS集成技術(shù)，這使得能夠集成在包裝42中，如果需要甚至可以在基底40中集成所需要的電路，包括每個熱電堆傳感器的電路、預(yù)放大電路、為加熱元件供電的供電電路以及多路復(fù)用電路。這有助于使傳感器非常小，生產(chǎn)成本低，從而對于在與如自動門和開門裝置等門相關(guān)的低成本應(yīng)用中的使用具有吸引力。這也使得能夠在單個包裝中提供一個以上的熱敏傳感器，從而生產(chǎn)熱敏傳感器陣列設(shè)備。
假定陣列中至少兩個傳感器允許在陣列中選定的傳感器對之間執(zhí)行差值測量技術(shù)。假定更多的傳感器形成一個傳感器陣列，例如n個傳感器。陣列可以包括一個一維(或線性)布置。陣列還可以包括一個二維布置，例如矩形或正方形布置，例如包括一個n×m個傳感器或像素的矩陣，其中n和m是整數(shù)，表示二維陣列中的傳感器數(shù)量。本領(lǐng)域技術(shù)人員很清楚，傳感器(熱電堆元件)陣列可以通過上面描述的任意一種用于將單個監(jiān)視點與單個熱電堆傳感器關(guān)聯(lián)的裝置，與監(jiān)視區(qū)域中對應(yīng)的監(jiān)視點陣列關(guān)聯(lián)。
當(dāng)移動的目標(biāo)物體進入包括一個監(jiān)視點陣列的監(jiān)視區(qū)域中時，通過對應(yīng)的陣列設(shè)備的熱電堆傳感器能夠檢測每個監(jiān)視點中占優(yōu)勢溫度的變化序列。在選定的傳感器元件對之間可以應(yīng)用差值測量和檢測技術(shù)，從而測量例如目標(biāo)在一定時刻存在的監(jiān)視點子集中的溫度相對于目標(biāo)不存在處的輔助監(jiān)視點中占優(yōu)勢溫度的差。這使得目標(biāo)存在檢測與環(huán)境溫度無關(guān)，與環(huán)境溫度處于均衡狀態(tài)(例如處于環(huán)境溫度)和存在于監(jiān)視區(qū)域中的其它靜止物體無關(guān)。對移動目標(biāo)存在的監(jiān)視點子集中溫度變化的檢測使得能夠確定監(jiān)視點陣列中移動目標(biāo)的運動(方向和速度)。
還要重點提到的是，陣列設(shè)備完全是被動的，不會發(fā)射任何能量來檢測監(jiān)視區(qū)域。這對于人更安全，還會大大減低運行陣列設(shè)備所需要的電源電流的量。傳感器或陣列設(shè)備也不需要照明，可以在完全的黑暗中工作，同時對照明變化完全不敏感。
參照附圖3和4描述上述熱電堆陣列設(shè)備的實施方案在門傳感器設(shè)備中的應(yīng)用。
門傳感器設(shè)備的位置位于門上部的中間或旁邊，使得設(shè)備的定位要使監(jiān)視區(qū)域陣列覆蓋所希望的、移動或通行穿過和接近門的區(qū)域。
圖3A顯示了一個門傳感器設(shè)備在滑動門裝置中的應(yīng)用。滑動門64包括第一滑動門部件64-1和第二滑動門部件46-2，適合打開和關(guān)閉在第一建筑墻壁部分60和第二建筑墻壁部分62之間的墻壁中形成的門洞。如圖3A所示，門傳感器系統(tǒng)可以包括兩個1×n熱敏傳感器元件的陣列，按熱敏傳感器的線性陣列排列，在門兩側(cè)彼此完全平行。一個熱電堆傳感器陣列的監(jiān)視點52-1i是傳感器檢測錐面與地面之間的相交，但可以在任何高度檢測落入該檢測錐面內(nèi)的任何目標(biāo)。這些點的排列與在建筑墻壁部分60、62一側(cè)的門基本平行，而另一個熱電堆傳感器陣列的監(jiān)視點52-2i的排列與在建筑墻壁部分60、62另一側(cè)的門平行，優(yōu)選是與監(jiān)視點52-1i反向?qū)?zhǔn)。這種排列能夠檢測目標(biāo)物體的存在或移動，例如人或?qū)櫸锏葎游?，或者其它穿過門洞、溫度與地面不同的物體。在一個與圖3A所示不同的實施方案中，可以想到去調(diào)整包括例如單個熱電堆傳感器線性陣列的門傳感器設(shè)備，使得對應(yīng)的監(jiān)視點沿著和接近門口排列。
與主動傳感器相反，假定門部件與包含地面在內(nèi)的環(huán)境處于均衡狀態(tài)或者甚至是相同溫度，通過適當(dāng)處理不同熱電堆傳感器的信號，基于熱電堆陣列的門傳感器設(shè)備能夠容易的區(qū)別門部件64-1、64-2，或者甚至不會“看到”它們。那時甚至能夠調(diào)整傳感器“看穿”門部件和門口內(nèi)部，甚至在門正在移動的時候，例如正在關(guān)閉，保持對監(jiān)視點的監(jiān)視。這是一個非常大的優(yōu)點，因為門傳感器設(shè)備正確檢測目標(biāo)物體的存在或運動不需要任何關(guān)于門部件的位置信息，因為它將輕易的區(qū)別(或簡直是“忽略”)門部件。
因此，在另外一個不同的實施方案中，可以調(diào)整傳感器設(shè)備使其“看穿”門部件，由此每個監(jiān)視點跨越門部件64-1和64-2并在其兩側(cè)延伸。
相反，象通常在與門、自動門和開門裝置相關(guān)的應(yīng)用中使用的主動紅外傳感器根據(jù)檢測目標(biāo)對主動紅外傳感器，例如LED，發(fā)射的紅外光束的反射率來得到信號，對監(jiān)視區(qū)域中反射率的變化敏感，因此在存在任何如雨、雪、風(fēng)、樹葉等干擾的情況下都會起反應(yīng)。使用基于一個熱電堆陣列的門傳感器設(shè)備解決了這些問題。根據(jù)本發(fā)明的門傳感器設(shè)備將會忽略溫度與環(huán)境相同的干擾。如果干擾不處于同一溫度，不用說這種干擾同時影響多數(shù)(或所有)熱電堆元件，同樣可以通過適當(dāng)處理和差值測量來識別，于是能夠容易的將干擾與要檢測其存在和/或移動的目標(biāo)物體區(qū)別開。
圖3B顯示了門傳感器設(shè)備在回旋門裝置中的另一個應(yīng)用?；匦T66以已知方式樞軸固定在第一建筑墻壁部分60的邊緣(門框)，適合打開和關(guān)閉在第二建筑墻壁部分62和第一建筑墻壁部分60之間形成的門洞。可以提供一個第一導(dǎo)軌70和一個第二導(dǎo)軌72，分別垂直于第一建筑墻壁部分60和第二建筑墻壁部分62的表面延伸，用于將目標(biāo)，特別是人導(dǎo)向門洞并穿過門口。象在圖3A所示的滑動門裝置情況下，門傳感器系統(tǒng)可以包括兩個在門兩側(cè)彼此基本平行的1×n熱敏元件陣列，因此相應(yīng)的第一和第二監(jiān)視點子集52-1i和52-2i在地面和/或在任何高度，特別是在一個預(yù)定高度之上的地方提供，并且在如圖3B所示的回旋門部件66的兩側(cè)上按平行延伸的線性陣列排列，優(yōu)選是反向?qū)?zhǔn)關(guān)系。另一種做法是，門傳感器設(shè)備可以包括n個熱電堆元件的單線性陣列，排列要使得它們對應(yīng)的監(jiān)視點形成一個沿著和接近回旋門部件66延伸的線性陣列。
圖3C顯示了門傳感器設(shè)備在旋轉(zhuǎn)門裝置中的又一個應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)門放置在一對第一門扇74和第二門扇76之間，包括彼此沿著中心立軸相連的第一、第二、第三和第四旋轉(zhuǎn)門部件68-1、68-2、68-3和68-4，能夠繞著立軸旋轉(zhuǎn)，例如以圖3C中所示的箭頭逆時針方向。提供的門傳感器設(shè)備為每個旋轉(zhuǎn)門部件68-1到68-4包括一個熱電堆元件陣列，排列要使得對應(yīng)的多個監(jiān)視點58-1i、58-2i、58-3i和58-4i基本平行于相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)門部件68-1、68-2、68-3和68-4延伸。監(jiān)視點陣列可以位于地面或任何高度的地方，特別是高于一個預(yù)定高度的地方，優(yōu)選排列在每個旋轉(zhuǎn)門部件旋轉(zhuǎn)方向前方的一側(cè)，用于提供存在檢測，如圖3C中所示。
圖4顯示了門傳感器設(shè)備的另一個不同的實施方案。
在圖4A中，門傳感器設(shè)備除了一個熱電堆傳感器陣列之外，還包括至少一個不同類型的輔助遠處傳感器，或者兩個遠處傳感器，優(yōu)選適合至少在位于遠離門口的輔助監(jiān)視點54-1和/或同樣在位于門口相對一側(cè)的第二輔助監(jiān)視點54-2提供運動檢測。如圖4A所示，輔助監(jiān)視點可以是基本橢圓形狀。該一個或多個輔助遠處傳感器可以基于微波檢測，例如雷達和微波多譜勒雷達傳感器，或者可以是一個熱電傳感器，或者甚至是一個主動紅外運動傳感器。一個或多個遠處傳感器可以裝配在不同的外殼中或與熱電堆傳感器陣列相同的外殼中。如圖4A所示，熱電堆傳感器按二維2×n陣列排列，對應(yīng)的多個監(jiān)視點在滑動門部件兩側(cè)平行和沿著門口延伸，是反向?qū)?zhǔn)關(guān)系。另一種做法是，熱電堆陣列的監(jiān)視點可以形成監(jiān)視點在門兩側(cè)延伸的單個線性陣列。
在圖4B的又一個實施方案中，提供的門傳感器設(shè)備與滑動門裝置結(jié)合，包括一個m×n熱電堆元件的矩形陣列，與對應(yīng)的監(jiān)視點52-ji關(guān)聯(lián)，其中j是一個可以從1到m取值的整數(shù)，i是一個可以從1到n取值的整數(shù)。監(jiān)視點52-ji按m個相互平行的n個監(jiān)視點的行(或線性陣列)排列。如圖4B所示，調(diào)整門傳感器設(shè)備，使位于中心的兩個相鄰陣列52-ji和52-ki平行于門部件并且按反向?qū)?zhǔn)關(guān)系的排列，其中k＝j(luò)+1。兩個中心排列的相鄰監(jiān)視點陣列和對應(yīng)的熱電堆傳感器陣列用于門口附近或之中的物體存在檢測。在門口兩側(cè)，在門和/或建筑墻壁遠離門口的每一側(cè)都提供了多個外部監(jiān)視點陣列(在圖4B所示的實施方案中是3個)，用于提供存在和/或運動檢測。
通過應(yīng)用適當(dāng)?shù)男盘柼幚恚瑘D4A和4B中顯示的實施方案中的門傳感器設(shè)備能夠檢測到在離開門口一段距離處移動、甚至在以基本平行于建筑墻壁元件的方向移動(“平行通行”)時的物體的移動或通行；它們也能夠用于例如更有選擇性的移動檢測或人數(shù)統(tǒng)計。
在門應(yīng)用中，即使滑動門或旋轉(zhuǎn)門關(guān)閉時，熱敏傳感器陣列也能夠檢測門檻上和附近，甚至門框內(nèi)的物體的存在和/或運動，原因是當(dāng)門處于與包括監(jiān)視點的環(huán)境相同的環(huán)境溫度時，熱敏傳感器同樣不檢測移動的門部件。除了對移動的門部件不敏感之外，熱敏傳感器還對滑動或回旋門裝置中裝配的導(dǎo)軌不敏感，對旋轉(zhuǎn)門裝置中的門扇不敏感。
熱電堆陣列傳感器提供了長期穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)測量能力，這可以通過經(jīng)常檢測傳感器特性來驗證，例如通過選擇性的對裝配在熱電堆傳感器任一個源元件附近的對應(yīng)加熱元件供電來對每一個熱電堆元件進行個別檢測。加熱元件也可以是供應(yīng)電流位置的傳感器本身。
不用說，上面描述的實施方案可以組合，并且關(guān)于一個實施方案提出的任何特性也都可以應(yīng)用于另一個實施方案。
引用數(shù)字列表10、10-i熱電堆傳感器12、12-i熱電偶14、14-i第一源元件15、15-i第一觸點16、16-i吸收層18、18-i第二源元件19、19-i第二觸點20、20-i隔離層22、22-i加熱元件24、24-i第一熱電堆連接器26、26-i第二熱電堆連接器
28、28-i第一熱電堆信號端30、30-i第二熱電堆信號端32、32-i第一加熱導(dǎo)線34、34-i第二加熱導(dǎo)線36、36-i第一加熱電流端38、38-i第二加熱電流端40 基底42 包裝44、44-i光學(xué)元件46、46-i孔48、48-i聚焦成像光束50、50-i物體光束(監(jiān)視錐面)52、52-i監(jiān)視點(j＝1...n)52-ji 監(jiān)視點(j＝1...m、i＝1...n)54-1第一輔助監(jiān)視區(qū)域部分54-2第二輔助監(jiān)視區(qū)域部分56 監(jiān)視區(qū)域60 第一建筑墻壁部分62 第二建筑墻壁部分64-1第一滑動門部件64-2第二滑動門部件66 回旋門部件68-1、68-2 分別是第一和第二旋轉(zhuǎn)門部件68-3、68-4 分別是第三和第四旋轉(zhuǎn)門部件70 第一導(dǎo)軌72 第二導(dǎo)軌74 第一門扇76 第二門扇80 熱電堆陣列設(shè)備Vt、Vt-i熱電堆電壓Ih、Ih-i加熱電流
權(quán)利要求
1.一種用于檢測監(jiān)視區(qū)域(56)中物體存在的熱敏陣列設(shè)備(80)，包括以陣列布置提供的至少兩個的多個熱敏傳感器(10-i)，每個熱敏傳感器(10-i)與監(jiān)視區(qū)域(56)中包含的對應(yīng)的至少兩個的多個監(jiān)視錐面(50-i)中的一個關(guān)聯(lián)，以及每個熱敏傳感器還適用于吸收部分從所述多個監(jiān)視錐面(50-i)中對應(yīng)關(guān)聯(lián)的一個發(fā)射的紅外熱輻射，其中每個熱敏傳感器(10-i)還包括一個電耦合到傳感器的電路，用于測量熱敏傳感器(12-i)中產(chǎn)生的、是一個目標(biāo)溫度序列的信號(Vt-i)。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括熱電堆傳感器或熱輻射計傳感器。
3.前面任何一個權(quán)利要求中的設(shè)備，其中信號(Vt-i)是在至少兩個熱敏傳感器(10-i)中一個的第一和第二觸點(15-i、19-i)之間產(chǎn)生的電壓。
4.前面任何一個權(quán)利要求中的設(shè)備，還包括適合測量多個熱敏傳感器(10-i)產(chǎn)生的多個電壓(Vt-i)的預(yù)/放大電路和適合提供與每個熱敏傳感器(10-i)對應(yīng)并指明對應(yīng)監(jiān)視錐面(50-i)中占優(yōu)勢溫度的多個變化電信號的多路復(fù)用電路。
5.前面任何一個權(quán)利要求中的設(shè)備，還包括一個適合在其中容納所述多個熱敏傳感器(10-i)和多個光學(xué)元件(44-i)的包裝(42)，每個光學(xué)元件(44-i)適合將對應(yīng)監(jiān)視點(52-i)發(fā)射的部分紅外輻射成像在對應(yīng)熱敏傳感器(10-i)的第一源元件(14-i)上。
6.權(quán)利要求5的設(shè)備，其中光學(xué)元件(44-i)是適合傳遞紅外熱輻射的透鏡。
7.前面任何一個權(quán)利要求中的設(shè)備，其中陣列布置是一個線性陣列。
8.前面任何一個權(quán)利要求中的設(shè)備，其中陣列布置是一個二維陣列。
9.前面任何一個權(quán)利要求中的設(shè)備，其中至少一個傳感器元件(18-i)適合置于不定可選的參考溫度。
10.前面任何一個權(quán)利要求中的設(shè)備，還包括與多個熱敏傳感器(10-i)對應(yīng)的多個加熱元件(22-i)，每個加熱元件(22-i)裝配在一個敏感元件(18-i)附近并適合對其加熱，從而得到用于監(jiān)測傳感器檢測性能的不定可選參考溫度。
11.權(quán)利要求10的設(shè)備，其中如果產(chǎn)生一個通過傳感器的電流，可以由傳感器本身執(zhí)行加熱功能。
12.前面任何一個權(quán)利要求中的設(shè)備，還包括一個適合檢測輔助監(jiān)視區(qū)域(54-1、54-2)中目標(biāo)物體的存在和/或運動的輔助傳感器，輔助傳感器的類型與熱敏傳感器(10-i)不同。
13.權(quán)利要求12的設(shè)備，其中輔助傳感器是微波雷達傳感器、微波多譜勒傳感器、主動紅外傳感器或熱電傳感器中的一種。
14.前面任何一個權(quán)利要求中的設(shè)備，其中在一個共用基底(40)上制造多個熱敏傳感器(10-i)。
15.權(quán)利要求14的設(shè)備，其中基底是硅基底，熱敏傳感器使用硅集成技術(shù)制造，優(yōu)選是CMOS集成技術(shù)。
16.一種門傳感器設(shè)備，適合檢測在門口中和/或附近延伸的監(jiān)視區(qū)域中目標(biāo)物體的存在和/或運動，其中門包括至少一個可移動門部件(64；66；68)，適合打開和關(guān)閉門洞，所述設(shè)備包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求1到16中任何一個的熱敏陣列設(shè)備(80)，與至少一個門部件(64；66；68)對應(yīng)，其中至少一個熱敏陣列設(shè)備(80)的多個監(jiān)視錐面(50-i)按基本平行于對應(yīng)門部件(64；66；68)延伸的線性陣列布置排列。
17.權(quán)利要求16的門傳感器設(shè)備，其中監(jiān)視錐面在對應(yīng)移動門部件(64；66；68)的兩側(cè)延伸。
18.權(quán)利要求16或17的門傳感器設(shè)備，其中監(jiān)視錐面(50-i)的相交產(chǎn)生位于地面或地面上方任意高度的監(jiān)視點。
19.根據(jù)權(quán)利要求16到18中任何一個的門傳感器設(shè)備，其中當(dāng)門包括一個滑動門裝置，滑動門裝置包括一個或多個適合在基本平行于門洞的平面中滑動的移動門部件(64-1、64-2)時，至少一個熱敏陣列傳感器的監(jiān)視點的線性陣列布置基本跨越和沿著移動門部件或門口延伸。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的門傳感器設(shè)備，包括兩個熱敏陣列設(shè)備(80)，其中與兩個陣列設(shè)備對應(yīng)的監(jiān)視點(54-1i、54-2i)的線性陣列布置位于門口相對的兩側(cè)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16到18中任何一個的門傳感器設(shè)備，其中當(dāng)門包括一個回旋門裝置，回旋門裝置包括一個或多個回旋門部件(66)時，為每個回旋門部件(66)提供至少一個熱敏陣列設(shè)備(80)，其中與每個熱敏陣列設(shè)備對應(yīng)的監(jiān)視點的線性布置隨著對應(yīng)的回旋門部件(66)移動，這樣它們與其保持基本平行。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的門傳感器設(shè)備，包括與每個回旋門部件(66)關(guān)聯(lián)的兩個熱敏陣列設(shè)備，監(jiān)視點(52-1i、52-2i)的兩個對應(yīng)線性陣列布置位于回旋門部件(66)相對的兩側(cè)。
23.根據(jù)權(quán)利要求16到18中任何一個的門傳感器設(shè)備，其中當(dāng)門是一個包括多個旋轉(zhuǎn)門部件(68-1、68-2、68-3、68-4)的旋轉(zhuǎn)門裝置時，為每個旋轉(zhuǎn)門部件(68-1、68-2、68-3、68-4)提供至少一個熱敏陣列設(shè)備(80)，其中監(jiān)視點(52-i)的線性布置隨著每個旋轉(zhuǎn)門部件(68-1、68-2、68-3、68-4)中對應(yīng)的一個移動，這樣它們與其保持基本平行。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的門傳感器設(shè)備，其中監(jiān)視點的線性布置在相對于旋轉(zhuǎn)門部件(68-1、68-2、68-3、68-4)循環(huán)旋轉(zhuǎn)方向前方的一側(cè)排列。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24的門傳感器設(shè)備，為每個旋轉(zhuǎn)門部件(68-1、68-2、68-3、68-4)包括兩個熱敏陣列設(shè)備(80)，其監(jiān)視點(52-1i、52-2i、52-3i、52-4i)的兩個對應(yīng)線性陣列布置位于每個旋轉(zhuǎn)門部件(68-1、68-2、68-3、68-4)中對應(yīng)一個相對的兩側(cè)。
26.根據(jù)權(quán)利要求16到25中任何一個的門傳感器設(shè)備，還包括至少一個輔助傳感器，適合檢測至少一個輔助監(jiān)視區(qū)域(54-1、54-2)中物體的存在和/或運動，輔助傳感器的類型與熱敏傳感器(10-i)不同。
27.權(quán)利要求26的設(shè)備，其中輔助傳感器是微波雷達傳感器、微波多譜勒傳感器、主動紅外或熱電傳感器中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測監(jiān)視區(qū)域中目標(biāo)物體存在的熱敏陣列設(shè)備。該設(shè)備包括以陣列布置提供的至少兩個的多個熱敏傳感器，每個熱敏傳感器與包含在監(jiān)視區(qū)域中對應(yīng)的至少兩個的多個監(jiān)視點中的一個相關(guān)聯(lián)。每個熱敏傳感器包括一個適合吸收從位于對應(yīng)熱敏傳感器的監(jiān)視錐面內(nèi)部的所述多個目標(biāo)之一發(fā)射的部分紅外熱輻射。熱敏傳感器可以是熱電堆、熱輻射計或任何其它類型。每個熱敏傳感器中的電路適合測量在熱敏傳感器中產(chǎn)生的、形式為目標(biāo)溫度序列的信號。設(shè)備還可以包括電耦合到不同傳感器的多路復(fù)用測量電路。該設(shè)備適合執(zhí)行在可選熱電堆傳感器對之間、在對應(yīng)監(jiān)視錐面中占優(yōu)勢溫度的差值測量。
文檔編號G01K7/00GK1725002SQ200510087479
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
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