專利名稱：檢測(cè)人類入侵者的傳感器和安全系統(tǒng)的制作方法
檢測(cè)人類入侵者的傳感器和安全系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
在周界，邊境和自安全應(yīng)用中，希望以高的正確檢觀賺率和低的 誤檢概率去檢測(cè)入侵者。在任何安全應(yīng)用程序中，錯(cuò)誤警報(bào)是令人麻煩的，在 重要安全應(yīng)用程序中更加如此。重要安全應(yīng)用程序需要通過(guò)安全防護(hù)體或者 治安人員對(duì)任何檢測(cè)至啲推定為人類的侵?jǐn)_^iS行響應(yīng)和/或調(diào)查。當(dāng)檢測(cè)錯(cuò)誤 時(shí)，私人警衛(wèi)或者當(dāng)?shù)鼐烊匀槐仨氝M(jìn)行調(diào)查來(lái)核實(shí)錯(cuò)誤。必須準(zhǔn)備和傳達(dá)錯(cuò) 誤警報(bào)的匯報(bào)。根據(jù)人員響應(yīng)時(shí)間，匯報(bào)的準(zhǔn)備和傳達(dá)給當(dāng)?shù)卣头课莸乃?有者或管理者，,昔誤警報(bào)的操作從調(diào)查到匯報(bào)可能非常昂貴。有時(shí)更重要 的是，錯(cuò)誤檢測(cè)和錯(cuò)誤傳送人^A侵者而產(chǎn)生的錯(cuò)誤警報(bào)可能降低安全系統(tǒng)中 客戶的l言任度，或者與產(chǎn)生的錯(cuò)誤警報(bào)有聯(lián)系的安全系統(tǒng)人員。
當(dāng)安全邊界被突破時(shí)，傳統(tǒng)的人類入侵者傳感裝置和系統(tǒng)可以使用 各禾中己知的傳感器技術(shù)鄉(xiāng)行檢測(cè)。傳繊技術(shù)包括無(wú)源紅外線(PIR)檢測(cè)器， 微波檢測(cè)器，震動(dòng)檢波器，超聲波和其它人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器和系統(tǒng)。這些傳感器 檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)，但是也容易受影響以至于錯(cuò)誤識(shí)別非人類運(yùn)動(dòng)，并且錯(cuò)誤地將 非人凝動(dòng)源認(rèn)為是人類。當(dāng)動(dòng)物突破安頓界并錯(cuò)誤地被檢測(cè)射艮告為人類 入侵者時(shí)，錯(cuò)誤警報(bào)會(huì)頻繁地響起。就此而言， 統(tǒng)計(jì)顯示通過(guò)傳統(tǒng)基于運(yùn) 動(dòng)的周界和邊境治安防衛(wèi)系統(tǒng)產(chǎn)生的大多數(shù)入侵者檢觀嘟是動(dòng)物運(yùn)動(dòng)/入侵的結(jié) 果，而不是人類。隨之而來(lái)的是大多數(shù)顯示人^A侵的警報(bào)都是錯(cuò)誤警報(bào)(假正 (false positive))。
為此，這里描述和闡述的本發(fā)明包括雙模態(tài)傳感器，和利用雙模態(tài) 傳感器的安全系統(tǒng)。本發(fā)明的雙模態(tài)傳感器在周界，邊境和皿安全應(yīng)用程序 中，以非常低的錯(cuò)誤報(bào)警報(bào)告概率精確地檢觀,辨別真正的人^A侵。雙模態(tài) 傳感器不僅僅對(duì)檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行操作，還設(shè)法將檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)與已知的人類 步^#性相關(guān)聯(lián)。^ffl如人類步法這樣的人類特性適合地核實(shí)檢觀倒的運(yùn)動(dòng)源 是真正的人類或可能是非人類，明顯地將雙模態(tài)傳感器操作區(qū)別于傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng) 傳感器和安全系統(tǒng)。本發(fā)明的雙模態(tài)傳感器包括兩個(gè)獨(dú)立的傳感模態(tài)，來(lái)自于 其的數(shù)據(jù)被合并在一起并被處理。將雙信號(hào)信息合并和/或相關(guān)聯(lián)允許處理核實(shí) 除了震動(dòng)和皿f^外還存在人類步纟封寺性。如^ilil其它侵?jǐn)_特征(signature) 核實(shí)步法特性，則該源是人類的概率非常高，并且人類檢測(cè)是假正的概率非常 低。結(jié)合在雙模態(tài)傳感器里的兩個(gè)傳殿莫態(tài)分別是(l)震動(dòng)腳步檢測(cè)傳感器和 鵬源聲速輪廓傳麟。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包含包括命令中心和至少一個(gè)雙模態(tài)傳感 器的安全系統(tǒng)，和將命令中心電連接至IJ該至少一個(gè)雙模態(tài)傳感器的基于傳輸線 的或無(wú)線系統(tǒng)通信體。雙模態(tài)傳感器包括檢測(cè)震動(dòng)干擾(如人的腳步)并獲 取檢測(cè)至啲擾動(dòng)的震動(dòng)特征的震動(dòng)傳繊，和有源聲傳感器。在檢測(cè)震動(dòng)侵?jǐn)_ 時(shí)由震動(dòng)傳SI響應(yīng)地激活有源聲傳感器以獲得g擾動(dòng)的聲學(xué)特征。雙模態(tài) 傳感器可以包括微處理器或者微控制器以對(duì)震動(dòng)傳感器和聲傳感器數(shù)據(jù)執(zhí)行合 并和域相關(guān)聯(lián)操作?？商鎿Q地，或者另外地，安全系統(tǒng)可以包括電連接到震動(dòng) 傳感器和有源聲傳感器的系統(tǒng)處理器用于處理從那里接收的數(shù)據(jù)。處理接收到 的數(shù)據(jù)以使兩個(gè)源相關(guān)聯(lián)并核實(shí)在處理的數(shù)據(jù)中是否存在人類步法的特性。優(yōu) 選地，雙模態(tài)傳感器包括被設(shè)置成與安全體的表面接觸并將震動(dòng)傳感器禾陏 源聲傳KI容納于其中的傳感 卜殼。


參照附圖，由下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述將更好地理解前述 和其它目的、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中6[OOOS]圖1是4柳地震檢波器隨時(shí)間測(cè)量的步4話(人類步法)的震動(dòng)特征曲線；
圖2是步4亍者(人類步法)隨時(shí)間的 $^廓圖； [OOIO]圖3是步4豬的標(biāo)，其上疊加了當(dāng)男子走向有源聲傳繊時(shí)期區(qū) 干，上肢和腳的速度向量；
圖5是圖1的震動(dòng)腳步特征與和圖4的有源聲速輪廓或頻譜的組合曲線；
圖6是本發(fā)明的雙模劍受擾傳麟的一個(gè)實(shí)施例；
圖7示出了本發(fā)明的雙模態(tài)傳麟的另一個(gè)實(shí)施例； [OOl習(xí)圖8是強(qiáng)調(diào)本發(fā)明的雙模態(tài)傳繊的發(fā)明的傳感操作的一種模式的 示意性方塊圖；以及
圖9是包括本發(fā)明的至少一個(gè)雙模態(tài)傳自的安全系統(tǒng)的系統(tǒng)方塊圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的雙模態(tài)傳 及其操作將在這里結(jié)合附圖進(jìn)行描述，以傳 達(dá)廣泛的發(fā)明概念。具體地，這里的附圖和描述不打算限制本發(fā)明的范圍和精 神，或者以倒可方式限制所要求傲戶的發(fā)明。
圖1示出了由傳統(tǒng)震動(dòng)傳繊或者震動(dòng)換能器得到的步4豬(即人 類步法)的震動(dòng)特征曲線。震動(dòng)傳感器耦合到地或者其它固體表面以檢觀綱如 由動(dòng)物或人類腳步在該表面上產(chǎn)生的震動(dòng)擾動(dòng)。已知步行者的腳以通常在大約 ^H中80步到120步的范圍內(nèi)的速率撞擊步行面(例如地)。每一腳對(duì)步行面的 撞擊產(chǎn)生由撞擊點(diǎn)的腳步沿所有方向傳播開(kāi)的震動(dòng)波。傳統(tǒng)的震動(dòng)傳感器在波 經(jīng)過(guò)震動(dòng)傳感器位置時(shí)檢測(cè)由每一個(gè)腳步產(chǎn)生的震動(dòng)波或者擾動(dòng)。震動(dòng)傳感器 經(jīng)歷脈沖激勵(lì)，其產(chǎn)生與檢測(cè)到的震動(dòng)能量的量相關(guān)聯(lián)的電信號(hào)。腳步序列產(chǎn) 生脈沖激勵(lì)序列，其產(chǎn)生可測(cè)量的電信號(hào)。
圖1中示出的特殊信號(hào)是響應(yīng)于男子在地震檢波器附近走動(dòng)由地震 震動(dòng)傳感器(地震檢波器)產(chǎn)生的。曲線限于在時(shí)間坐標(biāo)(橫坐標(biāo))上1.5秒到 4.8秒之間測(cè)量的六個(gè)(6)容易被檢測(cè)到的震動(dòng)脈沖mi]或者M(jìn)7Vh (6)腳步 進(jìn)行的檢測(cè)。這樣的地震檢波器的典型尺寸大約為2厘米高且直徑為2厘米。7該地震檢波器可以通過(guò)傳統(tǒng)的固定裝置，如被固定到或包括傳感器外殼的道釘(spike)，被耦合到地或者其它表面鄉(xiāng)行監(jiān)測(cè)。道釘保持地震檢波器的與表 面的震動(dòng)耦合接觸。盡管im地震檢波器作為設(shè)想的用于本發(fā)明的)^模態(tài)傳感 器的震動(dòng)傳感器，然而本發(fā)明并不限于使用地震檢波器作為其震動(dòng)傳感裝置。 本發(fā)明的雙模態(tài)傳感器可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何使雙模態(tài)傳感器以 這里所述的方式進(jìn)行操作的震動(dòng)傳感器^S。例如，加速度計(jì)等設(shè)備，可以用 于本發(fā)明中來(lái)檢測(cè)震動(dòng)擾動(dòng)(例如人鄉(xiāng)步)并產(chǎn)生擾動(dòng)的震動(dòng)信號(hào)。
圖1所示出的隨時(shí)間的震動(dòng)信號(hào)有兩"1^寺性，該兩^#性指示產(chǎn)生 信號(hào)的擾^ 源是否是人 步。第一特性是在時(shí)間上的脈沖信號(hào)間隔相對(duì)均勻， 表示正常的走動(dòng)模式。第二特性是對(duì)應(yīng)于上面提到的人類步行的典型范圍，以 大約每分鐘91步測(cè)飄步間隔。所述特性可以艦駄到傳麟中的微控制器 或處理器實(shí)時(shí)地從震動(dòng)信號(hào)中提取出來(lái)。具有這種處理能力的諸如地震檢波器 的震動(dòng)傳感器可有效地對(duì)震動(dòng)信號(hào)信眉進(jìn)行分析以更好地從非人類震動(dòng)擾動(dòng)中 檢測(cè)人類擾動(dòng)，例如絆網(wǎng)震動(dòng)傳感器。基于絆網(wǎng)的震動(dòng)傳感器將在檢觀倒任何 震動(dòng)瞬時(shí)現(xiàn)象時(shí)產(chǎn)生簡(jiǎn)單的檢測(cè)信號(hào)。
但是，即使是更精密的地震檢波器，正如之前描述的，也可能由于 錯(cuò)誤的將非人類震動(dòng)擾動(dòng)源識(shí)別為人類，而誤導(dǎo)發(fā)布錯(cuò)誤的警報(bào)。這種可能誤 導(dǎo)傳統(tǒng)的地震檢波器等的震動(dòng)傳感器的非人類震動(dòng)能量產(chǎn)生器的實(shí)例包括在遠(yuǎn) 處的一連串爆炸，行使的火車(chē)，,工程周期性的重?fù)?，奔跑或者行走的?dòng)物 等等。為了避免這樣的過(guò)失或假正檢測(cè)，本發(fā)明的雙模態(tài)傳感器不僅包括震動(dòng) 傳感模態(tài)，還包括第二傳感模態(tài)來(lái)確定震動(dòng)擾動(dòng)源的速度和步法。也就是說(shuō)， 雙模態(tài)傳感器不僅僅要評(píng)估震動(dòng)擾動(dòng)，還要評(píng)估震動(dòng)擾動(dòng)源是否顯示了與震動(dòng) 腳步瞬時(shí)Jji^相關(guān)聯(lián)的人^動(dòng)皿特性。
下面描述支持本發(fā)明的雙模態(tài)傳感器的操作的物理原則(physical principle)。直立行走的男子或女子顯現(xiàn)出相對(duì)均勻的并且接近fe/她的行，度 的軀干前S3I度。但是，行走的腿經(jīng)歷了一速度范圍。也就是說(shuō)，當(dāng)頭和臀隨 著軀^BI度而移動(dòng)時(shí)，隨著每一步(腳步)，腳從零速度變?yōu)樽钣蚨?，再回到零?yàn)。最大行^i度大約為平均軀干鵬的2.5倍。ai上某個(gè)點(diǎn)，例如在大約髖關(guān)節(jié)和腳中間的膝蓋處的速度，是介于腳的速度和軀干速度之間。平 均行^3I度和不同身體部分的速度可以很容易的通3^見(jiàn)^f亍走者的視頻，或者艦聲傳繊等設(shè)備來(lái)辨別。
圖2描述了由一個(gè)或多個(gè)男子行走者視頻辨別出的速度信號(hào)曲線圖;該速度信號(hào)是由男子的軀干，右足和左足(速度)得出的。該速度信號(hào)指示男子以大約2米每秒的速度(翻區(qū)干處)行走，顯示出峰働鵬約為5米每秒，以及腳步速率約為120步每分鐘。對(duì)速度曲線圖的觀察確定了在90到120步每射中的范圍內(nèi)4亍走需要)^短暫地處于零(0)速度，當(dāng)，都在地上時(shí)。也可以fOT有源聲傳感器以圖3圖示中描述的以行走男子詳細(xì)示出的配置來(lái)得到圖2所示的速度信號(hào)。
也就是說(shuō)，圖3為走向有源聲傳感器的男子的描^^表示，fflii該有源聲傳自可以獲得圖2中的3M信號(hào)。圖3的g示出了來(lái)自于有源聲傳感器(在本實(shí)例中為超聲換能器)至U男子身體的聲學(xué)信號(hào)束，并且用箭頭標(biāo)識(shí)出男子的腳，上肢和髖關(guān)節(jié)(其正以軀干速度移動(dòng))的速度。當(dāng)處于發(fā)射模式時(shí)，聲傳感器發(fā)射超聲波束，該波束的頻率⑥是固定的。 一部分聲能(超聲波束的)從男子的軀干，上肢和腳反射回到傳感器。被反射的聲能由工作在接收模式下的有源聲傳感器接收或獲取。由于多普勒效應(yīng)，接收到的聲能的頻率成 分與發(fā)射的聲能的固定頻與ft)是不同的。這些偏移的頻率成分?jǐn)y帶了關(guān)于行走者的鵬特性的信息。
多普勒頻率可以使用離散傅里葉變換(DFT)由接收的/反射的聲信 號(hào)獲得。在計(jì)穀幾或者微處理器中^頓快速傅里葉變換(FFT)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)DFT。 一旦可從計(jì)^m或者微處理器得到DFT， DFT幅自頻率的曲線就容易轉(zhuǎn)變?yōu)?DFT幅^t速度的曲線。DFT速度橫坐標(biāo)的值用以下公式由DFT頻率橫坐標(biāo)值 計(jì)算得到VDFlKfDFr/frl)Vsound/ 2， 其中VDFr是男子行走步法的速度分量，或是在一身體部位檢觀倒的速度，fDFT 是由于多普勒效應(yīng)由一身體部位偏移的頻率，ft是超聲發(fā)射機(jī)(發(fā)射的信號(hào))的 頻率，V,d是聲音在空氣中的鵬或速率。
圖4是其腳步產(chǎn)生圖1的震動(dòng)特征曲線的行走男子的鵬輪廓的頻 譜圖。可以利用與圖3所示類似的有源聲傳 |配置來(lái)獲取所示的翻，其中 男子被表示為走向該有源聲傳感器。圖4的速度頻譜包括堆疊在一起的很多個(gè) DFT曲線，其中每一堆疊表示在行^51程中的不同的時(shí)間點(diǎn)。每一DFT由垂直切片(vertical slice)表示，其中用顏色編碼DFT幅度的對(duì)數(shù)值(logvalue)。在色標(biāo)(頻譜右側(cè)的縱軸)上的差10對(duì)應(yīng)于幅度差上的10倍。圖4的曲線描述 了男子的大約7個(gè)定義明確的腳步，其中在時(shí)間t=5秒(橫坐標(biāo))時(shí)的第8步?jīng)] 有被明確定義，因?yàn)樵谛凶?朝向傳感器)第5秒時(shí)男子的位置幾乎在傳 之上。
圖14 一起證明震動(dòng)腳步檢測(cè)器和有源聲學(xué)步法檢測(cè)器在單獨(dú)作用 時(shí)，都容易錯(cuò)誤的將非人類震動(dòng)擾動(dòng)和非人類運(yùn)動(dòng)識(shí)別為人類的。這些錯(cuò)誤的 檢測(cè)增加了上面提到的錯(cuò)誤警報(bào)。本發(fā)明的雙模態(tài)傳感器通過(guò)結(jié)合由每一獲得 的數(shù)據(jù)并進(jìn)行關(guān)聯(lián)操作來(lái)核實(shí)存在人類步法特性，克服了所述現(xiàn)有技術(shù)傳感器 及其檢測(cè)操作的缺點(diǎn)。也就是說(shuō)，將震動(dòng)數(shù)據(jù)和聲學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并或者關(guān)聯(lián)， 并只有在當(dāng)合并的數(shù)據(jù)指示與震動(dòng)干擾相關(guān)聯(lián)的人類步法時(shí)才發(fā)出人^A侵者 檢測(cè)警報(bào)。
圖5表示了如在圖1中所看到的行走男子的震動(dòng)腳步特征(這里沒(méi)有 按比例繪娜禾曬4中的聲學(xué)被特征或頻譜的組合曲線。雙模態(tài)傳繊利用震動(dòng)信息和聲學(xué)信息來(lái)試圖將震動(dòng)數(shù)據(jù)和聲學(xué)數(shù)據(jù)與人類步法特性相關(guān)聯(lián)。更具 體地，圖5示出了當(dāng)聲學(xué)信號(hào)(得自有源聲傳 部分)處于局部最小值時(shí)，得自雙模劍專感器的震動(dòng)傳感器部分的震動(dòng)瞬時(shí)現(xiàn)象出現(xiàn)在有源聲學(xué)峰值之間。這 是由于在當(dāng)腳撞擊行走表面時(shí)的時(shí)亥鵬的速度是零的事實(shí)。震動(dòng)信號(hào)的波峰值 與速度信號(hào)的波谷值之間的相關(guān)性有力的表明信號(hào)是由行走的人產(chǎn)生的。也就 是說(shuō)，在存在fflil處理合并的震動(dòng)和速度特征發(fā)現(xiàn)的人類步^tf性的相關(guān)性時(shí)， 簡(jiǎn)單的推論支持震動(dòng)瞬時(shí)現(xiàn)象不可能是由遠(yuǎn)方一連串的爆炸，或者有節(jié)奏的錘 打等產(chǎn)生的結(jié)論。這種震動(dòng)擾動(dòng)源不獸,解釋在速度最小值或者波谷的有源聲 學(xué)信號(hào)。可以進(jìn)一步假設(shè)三只以一定速度移動(dòng)的狗不會(huì)產(chǎn)生該聲學(xué)特征，因?yàn)樗鼰o(wú)法解釋震動(dòng)瞬時(shí)現(xiàn)象的時(shí)序。因此，將所獲取的震動(dòng)特征和聲學(xué)特征(圖5) 相關(guān)聯(lián)以很高的概率證實(shí)了是不是行走的人產(chǎn)生的該震動(dòng)擾動(dòng)。
圖6示出了被布置在外殼105中的本發(fā)明的雙模^[專感器100的一 個(gè)實(shí)施例。外殼105的外形尺寸大約為5cmx5cmx8cm。讀者和技術(shù)人員應(yīng)該 認(rèn)識(shí)到描述的外殼尺寸只作為示例性目的，并不用于以任何方式限制傳感器或 者外殼尺寸。雙模態(tài)傳感器100包括地震檢波器110，有源聲換能器120，帶有 A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)獲取和處理傳^^信號(hào)的處理器130，用于給安^^令中心(在圖 9實(shí)施例中所示的)發(fā)送警報(bào)信號(hào)和/或入侵者信息的，器135和天線140。還 包括用于將雙模態(tài)傳感器耦合到地或者其它表面的地道釘150，和電池160。為 了室內(nèi)操作，還可包括一些不同于地道釘150的裝置用于將雙模態(tài)傳感器固定 到室內(nèi)表面，例如膠布。盡管電池操作是優(yōu)選的，但是該設(shè)計(jì)的變型可以包括 電源接線器，和例如DC電源，用于允許獨(dú)立的雙模態(tài)傳感器的硬接線的AC 操作。[(X)31]圖7示出了雙模態(tài)傳 100'的替換實(shí)施例。在圖7的實(shí)施例中， 傳感器100'包括由多個(gè)位于傳感器外殼105'的外圍周?chē)挠性绰晜鞲衅?2(T 構(gòu)成的有源聲換能器陣列125。在有源聲傳感器120'的位置如所示盼瞎況下， 在激活時(shí)，雙模態(tài)傳麟IOO，可以選出(poll)比如圖6實(shí)施例所示的單個(gè)向 前測(cè)驗(yàn)的有源換能器120所覆蓋的區(qū)鞭大的區(qū)域。雙模劍專ii^卜殼105'可 以包括多種糊犬，其允許各個(gè)換能器或者聲傳^M20'會(huì),，和接收。■ 地，榭?？?20'布置成以垂直于換能器120'的表面法線的角度方向進(jìn)行檢 觀"微控制器或者微鵬器控制圖7實(shí)施例的內(nèi)部操作，包括控制換能飄作， 即發(fā)送和接收。
圖8是功能塊圖，其重點(diǎn)描述了如圖6的設(shè)備雨的本發(fā)明的雙模 ^[專 1的操作。應(yīng)該皿的是，對(duì)于大多 作，雙模態(tài)傳皿100花費(fèi)大 部分操作時(shí)間在半停止?fàn)顟B(tài)(semi-inactivestate)，等待檢測(cè)震動(dòng)侵?jǐn)_觸發(fā)。為了 這樣做，傳感器連續(xù)地獲取和采樣震動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)，并將采樣的震動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)與 閾值信號(hào)水平比較。因?yàn)榈卣饳z波駒專感器是無(wú)源傳感器，因此在被用數(shù)字方 式實(shí)施時(shí)可以以約lmW的功率^j^示實(shí)施例中執(zhí)行所,作，并且如果以模擬 電路實(shí)施時(shí)可以以更少的功率執(zhí)行所 作。圖8的功能塊圖的左側(cè)示出了震 動(dòng)觸發(fā)功能的操作。也就是說(shuō)，在表示傳感和采樣震動(dòng)信號(hào)步驟的塊810 ，作開(kāi)始?！姥牖蛄庑?20表示榭專感到的震動(dòng)信號(hào)的幅度與已知閾值進(jìn)行比較。 如果傳感到的信號(hào)沒(méi)有艦闊值，則重復(fù)由塊810 ^/于的步驟，等等，直到發(fā) 現(xiàn)傳感至啲信號(hào)^1震動(dòng)閾值為止。
當(dāng)艦±央820的步驟在魏的范圍內(nèi)檢測(cè)至噥動(dòng)擾動(dòng)時(shí)(微閾值)， 如塊830所示，雙模態(tài)傳感器激舌有源聲傳麟。當(dāng)被激活時(shí)，聲傳感器獲取 震動(dòng)侵?jǐn)_源的聲學(xué)輪廓圖。與觸發(fā)的有源聲傳感 作基本同時(shí)地，聲傳感器 保持采樣震動(dòng)事件以獲取震動(dòng) 來(lái)形成震動(dòng)特征，如塊850所示。足夠用于 本發(fā)明的操作的獲取震動(dòng)和聲學(xué)特征的持續(xù)時(shí)間大約為五(5)秒鐘。但是本發(fā) 明的操作不限于五(5)秒鐘的數(shù)據(jù)獲取周期，而是可以在長(zhǎng)于五(5)秒鐘或 者短于五(5)秒鐘內(nèi)獲取數(shù)據(jù)，取決于聲學(xué)和震動(dòng) 特性。塊840和860表 示分別處理聲學(xué)和震動(dòng)特征的步驟。在處理之后，在塊870表示的步驟中合并 或者組合所述特征。塊或菱形880表^樣的步驟，其中分析合并的t寺征信息 用于震動(dòng)數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性以確定其是否反映人類特性，比如人類 步法。
如果經(jīng)過(guò)大于預(yù)定數(shù)目的步驟，例如三(3)步或者更多步驟后發(fā)現(xiàn) 了相關(guān)性，貝撥出人^A侵者警報(bào)，并將其傳送給命令中心，如塊890所示。 在生成的警報(bào)信號(hào)或訊息內(nèi)包含的警報(bào)信息可以包括與其附著的正確檢領(lǐng)啲概 率的數(shù)值估計(jì)。這種操作使得安全r^令中心可以確定是否和如何響應(yīng)^J艮信息。 如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相關(guān)性，則不產(chǎn)生警報(bào)并且處理在i央810重新開(kāi)始。
圖9是本發(fā)明的安全系統(tǒng)900的示意性方塊圖。安全系統(tǒng)900被示 為包括三個(gè)雙模態(tài)傳繊100a， 100b和100c。傳麟100a和100c Mil天線 920(無(wú)線)與命令中心900通信，并且傳感器100b通過(guò)端口 930和傳輸線940(硬 連線的)與命令中心通信。無(wú)線通信可以依據(jù)任何標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。命令中心910 內(nèi)的處理器950 ^S/A^模態(tài)傳感器接收的信號(hào)。那些信號(hào)可以包括所示的三 個(gè)雙模態(tài)傳感器中的任何一個(gè)內(nèi)產(chǎn)生的警報(bào)信號(hào)，或者可以包括聲學(xué)和震動(dòng)特 征信號(hào)。因此，處理器和命令中心進(jìn)行處理以j頓所述特征，三角測(cè)量等來(lái)確定震動(dòng)擾動(dòng)是否是人類弓l起的。可以ffl31任何本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法或者 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生警報(bào)。
盡管已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)例進(jìn)行了說(shuō)明和描述，但是本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)該理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例作出改變，本發(fā)明的范圍被限定在權(quán)禾腰求及其等效物中(
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)到安全裝置的人類入侵者的雙模態(tài)傳感器，包括用于檢測(cè)和測(cè)量震動(dòng)擾動(dòng)的震動(dòng)傳感器；有源聲傳感器，用于獲取與檢測(cè)到的震動(dòng)擾動(dòng)相關(guān)的聲學(xué)特征；以及處理器，用于處理和使測(cè)量到的震動(dòng)擾動(dòng)和有源聲學(xué)特征相關(guān)聯(lián)以證實(shí)其中存在人類特性，以及用于在證實(shí)所述人類特性存在時(shí)產(chǎn)生人類入侵者警報(bào)信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的雙模態(tài)傳感器，其中當(dāng)震動(dòng)傳iiM定檢測(cè)至啲震 動(dòng)擾動(dòng)達(dá)到震動(dòng)閾值水平時(shí)，震動(dòng)傳 允許有源聲傳,獲取聲學(xué)特征。
3. 如權(quán)利要求2所述的雙模態(tài)傳感器，其中震動(dòng)傳感器在其確定震動(dòng)擾動(dòng)達(dá)到震動(dòng)閾值水平時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)觸發(fā)信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求3所述的雙模態(tài)傳感器，其中由震動(dòng)觸發(fā)信號(hào)激舌有源聲傳艦
5. 如權(quán)利要求3所述的雙模劍專感器，其中響應(yīng)于震動(dòng)觸發(fā)信號(hào)在固定的時(shí)間周期對(duì)觀糧到的震動(dòng)擾動(dòng)和聲學(xué)特征進(jìn)行測(cè)量。
6. 如權(quán)利要求3所述的雙模劍專感器，其中處理器能夠依據(jù)下述之一產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)以獲取與觀懂到的震動(dòng)擾動(dòng)相關(guān)的聲學(xué)特征周期性地、響應(yīng)于在雙 模態(tài)傳感離收至啲控制信號(hào)、和響應(yīng)于不確定的處理結(jié)果。
7. 如權(quán)利要求1所述的雙模態(tài)傳繊，進(jìn)一步包括被設(shè)置成與包括安魏置的表面相接觸的傳繊外殼，該外殼容納震動(dòng)傳感器，有源聲傳感器和處理腿 器°
8. 如權(quán)利要求7所述的雙模態(tài)傳感器，其中該外殼包括用于耦合到表面的 道釘。
9. 如權(quán)利要求1所述的雙模^[專麟，進(jìn)一步包括電源。
10. 如權(quán)利要求9所述的雙模劍專感器，其中所述電源是電池。
11. 如權(quán)利要求7所述的雙模劍專感器，其中有源聲傳繊包括超聲換能 器陣列，所述超聲換能器陣列被設(shè)置用于在超出單個(gè)有源聲傳感器能夠覆蓋的 場(chǎng)的場(chǎng)內(nèi)獲取聲學(xué)特征 。
12. 如禾又利要求1所述的雙模態(tài)傳感器，進(jìn)一步包括用于傳送人^A侵者警報(bào)信號(hào)的發(fā)射器。
13. 如權(quán)利要求12所述的雙模態(tài)傳麟，進(jìn)一步包括用于發(fā)送和接收信號(hào) 的天線。
14. 如權(quán)利要求13所述的雙模劍專麟，其中所述天線發(fā)送測(cè)量的震動(dòng)擾 動(dòng)數(shù)據(jù)和聲學(xué)特征。
15. 如權(quán)利要求13所述的雙模態(tài)傳繊，其中所述天線發(fā)送人^A侵體 報(bào)信號(hào)。
16. 如禾又利要求1所述的雙模態(tài)傳感器，其中有源聲傳 是壓電式換能巡 益°
17. 如權(quán)禾腰求12所述的雙模態(tài)傳繊，其中震動(dòng)傳繊是地震檢波器。
18. —種用于保護(hù)安全錢(qián)的安全系統(tǒng)，包含包括命令中心處理器的命令中心；與命令中心通信的至少一個(gè)雙模態(tài)傳感器，用于檢測(cè)人^A侵者在安魏 置內(nèi)的存在，所述至少一個(gè)雙模態(tài)傳 1包括 震動(dòng)傳感器，用于檢測(cè)和測(cè)量震動(dòng)擾動(dòng)； 有源聲傳繊，用于獲取檢測(cè)至啲震動(dòng)擾動(dòng)的聲學(xué)特征；以及 傳自處理器，用于處理和使測(cè)量的震動(dòng)擾動(dòng)和聲學(xué)特征相關(guān)聯(lián)并且如 果由所述處理發(fā)m^人類步法的相關(guān)性則產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)；以及 用于與所述至少一個(gè)雙模態(tài)傳 1通信的裝置。
19. 如權(quán)利要求18所述的安全系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)雙模^(專感器包括被 設(shè)置成與包括所述安^置的表面相接觸的傳感器外殼，并且該外殼容納震動(dòng) 傳麟，有源聲傳繊和傳感器鵬器。
20. 如權(quán)利要求18所述的安全系統(tǒng)，其中如果震動(dòng)傳麟確定震動(dòng)擾動(dòng)超 過(guò)了預(yù)定的震動(dòng)閾值則該震動(dòng)傳^l產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。
21. 如權(quán)利要求18所述的安全系統(tǒng)，其中雙模態(tài)傳 |包括天線。
22. 如權(quán)利要求21所述的安全系統(tǒng)，其中傳麟處理驗(yàn)確定擾動(dòng)是人類 產(chǎn)生的時(shí)將警報(bào)信號(hào)傳超U命令中心。
23. 如權(quán)利要求21所述的安全系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)雙模^[專感器將測(cè)量 的震動(dòng)擾動(dòng)和聲學(xué)特征傳送到命令中心進(jìn)行處理以識(shí)別人類步法的標(biāo)志。
24. 如權(quán)利要求18所述的安全系統(tǒng)，其中將在命令中心和該至少一個(gè)雙模劍專 之間進(jìn)行効奐的所有信號(hào)進(jìn)行加密。
25.如權(quán)利要求20所述的安全系統(tǒng)，其中觸發(fā)信號(hào)歡活有源聲傳繊以獲取聲學(xué)數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及檢測(cè)人類入侵者的傳感器和安全系統(tǒng)。一種用于檢測(cè)安全裝置中是否存在人類入侵者的雙模態(tài)傳感器，包括用于獲取擾動(dòng)的震動(dòng)特征的震動(dòng)傳感器，還包括用于獲取擾動(dòng)的聲學(xué)特征的有源聲傳感器。系統(tǒng)處理器電連接到震動(dòng)傳感器和有源聲傳感器來(lái)接收和處理震動(dòng)和聲學(xué)特征，并當(dāng)確定該擾動(dòng)是來(lái)自與人類入侵者時(shí)產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)。還包括用于傳送警報(bào)信號(hào)的天線和/或電路連接。雙模態(tài)傳感器布置在與安全裝置的表面相接觸而構(gòu)造的傳感器外殼里。傳感器可以包括電池或者其它用于提供電源的裝置。
文檔編號(hào)G01H17/00GK101261759SQ20081010033
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月13日
發(fā)明者D·T·霍拉克, R·A·伯恩 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司