EP0218011B1 - Schaltungsanordnung für einen Infrarot-Raumüberwachungs-Detektor - Google Patents

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EP0218011B1
EP0218011B1 EP86108701A EP86108701A EP0218011B1 EP 0218011 B1 EP0218011 B1 EP 0218011B1 EP 86108701 A EP86108701 A EP 86108701A EP 86108701 A EP86108701 A EP 86108701A EP 0218011 B1 EP0218011 B1 EP 0218011B1
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operational amplifier
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operating voltage
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Hermann Dipl.-Ing. Zierhut
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Hirschmann Electronics GmbH and Co KG
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Hirschmann Electronics GmbH and Co KG
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    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
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    • G08B13/18Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • G08B13/189Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems
    • G08B13/19Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using infrared-radiation detection systems
    • G08B13/191Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using infrared-radiation detection systems using pyroelectric sensor means
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S250/00Radiant energy
    • Y10S250/01Passive intrusion detectors

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for an infrared room surveillance detector having a pyro element as a sensor, the circuit arrangement being operated in the current operating mode and having an operational amplifier, the output signal of which is fed to a threshold value comparator stage.
  • Detector circuits which are used in connection with pyro-elements serving as infrared sensors are usually detectors which are operated in the voltage mode. Such detectors in the voltage mode have a high impedance, which is required for the further processing of the detector output signal, for example in a threshold value comparator stage.
  • the disadvantage of these detectors operating in the voltage mode is, however, that the sensitivity of the detector leaves something to be desired, and in particular the gain of the detector decreases towards higher frequencies; this means that the gain and thus the output voltage change depending on the frequency.
  • the invention is therefore based on the object of providing a circuit arrangement for an infrared detector which has a high sensitivity and a low level of noise, has a constant amplification over a relatively wide frequency range and is nevertheless high-impedance.
  • the measures according to the invention result in the possibility of using a detector which operates in the current operating mode in connection with a pyro element, the detector having a high impedance and yet being highly sensitive and low-noise, and having a uniform amplification over a relatively wide frequency range having.
  • the inventor made investigations with detectors of various types, which should be used in connection with pyro elements for infrared room protection surveillance.
  • the feedback resistance of the operational amplifier is chosen to be high and preferably in a range from 10 "to 10 ' 2 ohms.
  • Another embodiment of the invention is characterized in that the comparator stage is integrated in the detector housing. In this way, the detector becomes even less sensitive to interference and its electromagnetic compatibility is increased.
  • An embodiment of the present invention consists in that a blocking diode or a transistor connected as a blocking diode is provided between the minus terminal of the operating voltage source and the reference voltage output, and between the latter and the plus terminal of the operating voltage source.
  • Static charges which can occur in particular during the manufacturing process, result in high voltage peaks, so-called spikes, which reach the operational amplifier and, if the diodes are not present, can destroy the latter, particularly if it is a CMOS operational amplifier.
  • the provision of the diodes prevents this.
  • the diodes or transistors designed as blocking diodes are preferably accommodated within the detector housing.
  • a blocking diode or a transistor connected as a blocking diode only between the minus terminal of the operating voltage source and the reference voltage output, which transistor is arranged within the detector housing.
  • a resistor is provided between the reference voltage output and the plus terminal of the operating voltage source, which is located outside the detector housing.
  • the diode or diodes are a Zener diode or Zener diodes, or transistors connected as Zener diodes. If, in addition, according to a further embodiment of the invention, the operating voltages are supplied via a series resistor, the use of Zener diodes results in additional operating voltage stabilization, for which no further components or measures are required.
  • the measure can be advantageous to ground the minus terminal of the operating voltage source and to supply only the positive operating voltage via a series resistor.
  • the aim of a detector used in connection with infrared sensors is to have a substantially constant gain over the operating frequency range. As can be seen from FIG. 1, this requirement cannot be met with a detector operating in the voltage operating mode.
  • the gain characteristic of a detector operating in the current operating mode has a straightforward gain characteristic curve over a relatively wide range towards higher frequencies, i. H. constant gain over a relatively wide frequency range, so that a detector for the current mode of operation is much more suitable, particularly in this regard.
  • a detector operating in the current mode does not have a sufficiently high impedance, so that an impedance converter must be provided in the detector circuit.
  • Fig. 2 shows such a detector operating in the current mode with an impedance converter.
  • FET field effect transistor
  • the source electrode of the FET 2 is connected via a resistor R i to ground or at the negative pole of the operating voltage source and directly at the negative input of an operational amplifier 3, at the positive input of which the reference voltage U Ref is present.
  • a feedback resistor R R is connected between the gate electrode of the FET 2 and the output of the operational amplifier 3.
  • the output signal of the operational amplifier 3 is fed to a further circuit part, for example a threshold value comparator stage for signal evaluation.
  • the impedance converter arranged in front of the amplifier in the form of a junction FET 2 has the disadvantage that the voltage noise of this FET is fully included in the signal to be evaluated.
  • the voltage noise of the FET is significantly caused by the ohmic reaction conductance acting between the drain electrode and the gate electrode.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention for a detector used in connection with a pyro element.
  • the pyro element 1 has one connection directly at the minus input of an operational amplifier 3 and with its other connection directly at the plus Input of the operational amplifier 3. Between the output and the minus input of the operational amplifier 3 there is a feedback resistor R ⁇ .
  • the output signal of the operational amplifier is the detector signal A to be evaluated in the further circuit arrangement, which is fed to a threshold value comparator stage 4, for example.
  • the operating voltages + U B and - U B are fed to the operational amplifier 3.
  • the detector housing is indicated by reference number 5. It contains the circuit parts of the detector circuit which have been described so far and which are essentially protected by the housing 5 against external interference.
  • the reference voltage U Ref is preferably chosen such that it lies approximately in the middle of the modulation range of the output voltage of the operational amplifier, which corresponds to approximately half the operating voltage when using CMOS operational amplifiers, which - as mentioned - are particularly suitable.
  • the reference voltage U ref via a the feedback resistor R R corresponding resistor R 'R is taken from the operational amplifier 3 used and led out of the detector housing 5.
  • the operational amplifier experiences practically no load because the resistor R 'has a high resistance.
  • diodes D 1 and D 2 can be used, which are provided in the circuit arrangement in the manner shown in FIG. 3.
  • the anode of a diode D is connected to the negative terminal - U B of the operating voltage source, and its cathode is connected to the reference voltage output U Ref ; the latter is connected to the anode of a further diode D 2 , the cathode of which is connected to the positive terminal + U B of the operating voltage source.
  • These diodes serve to protect the components located in the detector housing, in particular the operational amplifier 3. Instead of the diodes, transistors switched as diodes can also be used.
  • the operating voltage - U B and + U B are supplied via resistors R 3 and R 4 . If Zener diodes are used as diodes D 1 and D 2 , the operating voltage is stabilized without additional circuitry complexity.
  • the threshold value comparator stage 4 which is used to evaluate the detector signal A, contains two comparators 6 and 7 in the form of operational amplifiers, the output signal A of the operational amplifier 3 being fed to the minus input of the comparator 6 and the plus input of the comparator 7.
  • the reference voltage U Ref is applied to the plus input of the comparator 6 or to the minus input of the comparator 7 via threshold value resistors R 1 and R 2 .
  • the threshold value compensation stage 4 can also be accommodated in the detector housing 5. In this way, this circuit part is also essentially shielded against external interference.
  • an operational amplifier 3 is preferably selected to have a constant no-load gain over the desired frequency range. If necessary, to the said ten operational amplifiers can also be connected in series. An idle gain in the useful range of 120 dB is useful. The compensation of the operational amplifier, ie the break point of the idle amplification, should be outside the useful range.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen ein Pyroelement als Sensor aufweisenden Infrarot-Raumüberwachungsdetektor, wobei die Schaltungsanordnung in der Strom-Betriebsart betrieben wird und einen Operationsverstärker aufweist, dessen Ausgangssignal einer Schwellwert-Komparatorstufe zugeführt wird.
  • Detektorschaltungen, die im Zusammenhang mit als Infrarot-Sensoren dienenden Pyroelementen verwendet werden, sind üblicherweise Detektoren, die in der Spannungs-Betriebsart (Voltage-Mode) betrieben werden. Derartige Detektoren in der Spannungs-Betriebsart weisen eine hohe Impedanz auf, die für die weitere Verarbeitung des Detektor-Ausgangssignals, etwa in einer Schwellwert-Komparatorstufe, erforderlich ist. Der Nachteil dieser in der Spannung-Betriebsart arbeitenden Detektoren liegt jedoch darin, daß die Detektorempfindlichkeit zu wünschen übrig läßt, und insbesondere die Verstärkung des Detektors zu höheren Frequenzen hin abnimmt; dies bedeutet, daß sich der Verstärkungsgrad und damit die Ausgangsspannung in Abhängigkeit der Frequenz ändert.
  • Es wurde daher bereits vorgeschlagen, im Zusammenhang mit einem als Infrarot-Sensor dienenden Pyroelement einen Detektor zu verwenden, der in der Strom-Betriebsart (Current-Mode) arbeitet. Damit ergibt sich eine höhere Detektorempfindlichkeit, und der Detektor würde über ein relativ breites Frequenzband auch zu höheren Frequenzen hin einen konstanten Verstärkungsfaktor aufweisen, was im praktischen Einsatz von besonderem Vorteil wäre. Der Nachteil eines in der Strom-Betriebsart arbeitenden Detektors besteht jedoch darin, daß dieser relativ niederohmig ist. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde daher vorgeschlagen (niche z.B. DE-A-2 816 580), zwischen das Pyroelement und einen Operationsverstärker einen Impedanzwandler in Form eines Feldeffekttransistors (FET) zu schalten. Damit ergibt sich zwar die erforderliche Hochohmigkeit, jedoch hat die Verwendung eines Impedanzwandlers bzw. eines FET den erheblichen Nachteil, daß der Detektor wesentlich anfälliger gegenüber elektromagnetischen Störungen von außen wird und die seitens der abnehmenden Behörde geforderte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) nicht sichergestellt werden kann.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordung für einen Infrarot-Detektor zu schaffen, die eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe Rauscharmut aufweist, über einen relativ breiten Frequenzbereich eine konstante Verstärkung besitzt und dennoch hochohmig ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Operationsverstärker hochohmig und direkt mit den Anschlüssen des Pyroelements verbunden ist.
  • Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich die Möglichkeit, einen Detektor, der in der Strom-Betriebsart arbeitet, im Zusammenhang mit einem Pyroelement zu verwenden, wobei der Detektor eine hohe Impedanz aufweist und dennoch hochempfindlich und rauscharm ist sowie über einen relativ breiten Frequenzbereich eine gleichmäßige Verstärkung aufweist. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurden vom Erfinder Untersuchungen mit Detektoren verschiedenster Art angestellt, die im Zusammenhang mit Pyroelementen für Infrarot-Raumschutzüberwachungen verwendet werden sollten. Entgegen der allgemeinen Ansicht der Fachwelt wurde dabei festgestellt, daß es doch möglich ist, einen in der Strom-Betriebsart arbeitenden Detektor auch ohne die Verwendung eines Impedanzwandlers einzusetzen und damit den Detektor störunempfindlicher und rauschärmer zu machen, vorausgesetzt es wird ein hochohmiger Operationsverstärker für den Detektor verwendet und der Operationsverstärker wird direkt mit den Anschlüssen des Pyroelements verbunden.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß als Pyroelement sowohl ein Einzelals auch ein Doppelelement verwendet werden kann, ohne daß dadurch die Prinzipien der vorliegenden Erfindung betroffen sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Rückkoppelwiderstand des Operationsverstärkers hoch und vorzugsweise in einem Bereich von 10" bis 10'2 Ohm gewählt. Dadurch kann das Ausgangssignal des im Detektorgehäuse untergebrachten Detektors so groß gemacht werden, daß damit ohne eine weitere zusätzliche Verstärkung die Schwellwert-Komparatorschaltung, die zur Signalauswertung erforderlich ist, angesteuert werden kann. Auf diese Weise erfolgt eine Verstärkung nur im Detektorgehäuse selbst und auf einen außerhalb des Gehäuses anzuordnenden Verstärker kann verzichtet werden. Damit wird die Störempfindlichkeit des Detektors noch weiter verringert, weil kein externer Verstärker vorhanden ist, der Störungen von außen aufnehmen kann.
  • Besonders vorteilhaft ist es, die Referenzspannung dem Operationsverstärker zu entnehmen, diese aus dem Detektor herauszuführen und als Referenzspannung für die Komparatorstufe heranzuziehen. Auf diese Weise wird die Störempfindlichkeit noch weiter verringert, weil keine außerhalb des Detektorgehäuses anzuordnende Beschaltung zur Erzeugung der Referenzsspannung für die Komparatorstufe erforderlich ist. Darüber hinaus wird insgesamt der Schaltungsaufwand des Detektors verringert. Ein zusätzlicher besonderer Vorteil ergibt sich durch die Verwendung der dem Operationsverstärker entnommenen Referenzspannung auch für die Komparatorstufe dadurch, daß Betriebsspannungs-Schwankungen die Schwellwert-Komparatorfunktion nicht beeinträchtigen, weil der Spannungs-Bezugspunktfür die Komparatorstufe sich bei Änderung der Betriebsspannung mitändert, der Komparator-Bezugspunkt also mit den Betriebsspannungs-Schwankungen "mitschwimmt". Die Entnahme der Referenzspannung vom Operationsverstärker des Detektors als Vergleichsspannung für die Schaltschwellen der Komparatorstufe ist insbesondere dann möglich, wenn der Rückkoppelwiderstand hochohmig ist, so daß praktisch keine Belastung auftritt.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatorstufe im Detektorgehäuse mitintegriert ist. Auf diese Weise wird der Detektor noch störunempfindlicher und seine elektromagnetische Verträglichkeit erhöht.
  • Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß zwischen der Minus-Klemme der Betriebsspannungsquelle und dem Referenzspannungsausgang, sowie zwischen letzterem und der Plus-Klemme der Betriebsspannungsquelle jeweils eine Sperrdiode oder jeweils ein als Sperrdiode geschalteter Transistor vorgesehen ist. Durch statische Aufladungen, die insbesondere während des Fertigungsvorganges auftreten können, entstehen hohe Spannungsspitzen, sogenannte Spikes, die an den Operationsverstärker gelangen und bei Nichtvorhandensein der Dioden diesen, insbesondere wenn es sich um einen CMOS-Operationsverstärker handelt, zerstören können. Das Vorsehen der Dioden verhindert dies. Die Dioden bzw. als Sperrdioden ausgebildete Transistoren sind vorzugsweise innerhalb des Detektorgehäuses untergebracht. Für den Fall, daß im Detektorgehäuse kein ausreichender Raum vorhanden ist, ist es auch möglich, nur zwischen der Minus-Klemme der Betriebsspannungsquelle und dem Referenzspannungsausgang eine Sperrdiode bzw. einen als Sperrdiode geschalteten Transistor vorzusehen, die bzw. der innerhalb des Detektorgehäuses angeordnet ist. Zwischen dem Referenzspannungsausgang und der Plus-Klemme der Betriebsspannungsquelle ist dagegen ein Widerstand vorgesehen, der sich außerhalb des Detektorgehäuses befindet.
  • Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Diode bzw. die Dioden eine Zenerdiode bzw. Zenerdioden, oder als Zenerdioden geschaltete Transistoren sind. Wenn darüberhinaus gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Betriebsspannungen über je einen Vorwiderstand zugeführt werden, ergibt sich aufgrund der Verwendung von Zenerdioden eine zusätzliche Betriebsspannungs-Stabilisation, für die keine weiteren Bauteile oder Maßnahmen erforderlich sind.
  • Weiterhin kann die Maßnahme vorteilhaft sein, die Minus-Klemme der Betriebsspannungsquelle an Masse zu legen und nur die positive Betriebsspannung über einen Vorwiderstand zuzuführen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 die Kennlinienverstärkung für die Detektorschaltung in Spannungs-Betriebsart und in Strom-Betriebsart in Abhängigkeit von der Frequenz,
    • Fig. 2 eine in der Strom-Betriebsart arbeitende Detektorschaltung mit Impedanzwandler und
    • Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Schaltungsbeispiel für einen in der Strom-Betriebsart arbeitenden Detektor.
  • Fig. 1 zeigt die Verstärkungs-Kennlinie 11 für einen in der Spannungs-Betriebsart arbeitenden Detektor und die Verstärkungs-Kennlinie 12 für einen in der Strom-Betriebsart arbeitenden Detektor jeweils in Abhängigkeit von der Frequenz. Wie erwähnt, wird für einen im Zusammenhang mit Infrarotsensoren verwendeten Detektor angestrebt, daß er über den Arbeitsfrequenzbereich hinweg im wesentlichen eine konstante Verstärkung aufweist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist diese Forderung mit einem in der Spannungs-Betriebsart arbeitenden Detektor nicht erfüllbar. Demgegenüber weist die Verstärkungs-Kennlinie eines in der Strom-Betriebsart arbeitenden Detektors über einen relativ breiten Bereich zu höheren Frequenzen hin einen geradlinigen Verstärkungs-Kennlinienverlauf, d. h. über einen relativ breiten Frequenzbereich eine konstante Verstärkung auf, so daß ein Detektor für die Strom-Betriebsart insbesondere in dieser Hinsicht wesentlich geeigneter ist.
  • Wie erwähnt, hat ein in der Strom-Betriebsart arbeitenden Detektor jedoch eine nicht ausreichend hohe Impedanz, so daß ein Impedanzwandler in der Detektorschaltung vorgesehen sein muß. Fig. 2 zeigt einen derartigen in der Strom-Betriebsart arbeitenden Detektor mit Impedanzwandler.
  • Der eine Anschluß eines Pyroelements 1, das ein Einzel- oder Doppelelement sein kann, liegt an Masse oder dem Minus-Anschluß der Betriebsspannungsquelle, und der andere Anschluß des Pyroelements 1 ist mit der Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors (FET) 2 verbunden, dessen Drain-Elektrode mit der plus-Klemme einer Betriebsspannungquelle UB in Verbindung steht. Die Source-Elektrode des FET 2 liegt über einem Widerstand Ri an Masse bzw. am Minus-Pol der Betriebsspannungsquelle sowie direkt am Minus-Eingang eines Operationsverstärkers 3, an dessen Plus-Eingang die Referenzspannung URef anliegt. Zwischen der Gate-Elektrode des FET 2 und dem Ausgang des Operationsverstärkers 3 ist ein Rückkoppel-Widerstand RR geschaltet. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 3 wird einem weiteren Schaltungsteil, beispielsweise einer Schwellwert-Komparatorstufe zur Signalauswertung zugeleitet.
  • Der vor dem Verstärker angeordnete Impedanzwandler in Form eines Junktion-FET 2 hat den Nachteil, daß das Spannungsrauschen dieses FET voll in das auszuwertende Signal miteingeht. Insbesondere wird das Spannungsrauschen des FET erheblich durch den zwischen der Drain-Elektrode und der Gate-Elektrode wirkenden ohmschen Rückwirkungsleitwert hervorgerufen.
  • In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für einen im Zusammenhang mit einem Pyroelement verwendeten Detektor dargestellt. Das Pyroelement 1 liegt mit seinem einen Anschluß direkt am Minus-Eingang eines Operationsverstärkers 3 und mit seinem anderen Anschluß direkt am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 3. Zwischen dem Ausgang und dem Minus-Eingang des Operationsverstärkers 3 liegt ein Rückkoppelwiderstand Rµ. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers ist das in der weiteren Schaltungsanordnung auszuwertende Detektorsignal A, das beispielsweise einer Schwellwert-Komparatorstufe 4 zugeleitet wird. Die Betriebsspannungen + UB bzw. - UB werden dem Operationsverstärker 3 zugeleitet.
  • Im Zusammenhang mit Untersuchungen von Detektoren, die bei der Verwendung von Pyroelementen als Infrarot-Sensoren verwendet werden, hat sich herausgestellt, daß - entgegen der Ansicht der Fachwelt - ein in der Strom-Betriebsart arbeitender Detektor ohne Impedanzwandler verwendbar ist, der in der dargestellten Weise aufgebaut ist, wobei die Eingänge des Operationsverstärkers 3 direkt mit den Anschlüssen des Pyroelements 1 in Verbindung stehen und der Operationsverstärker 3 hochohmig ist. Auf diese Weise ergibt sich eine den Erfordernissen entsprechend ausreichend hohe Impedanz des Detektors. Als Operationsverstärker werden bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise BiMOS- oder CMOS-Operationsverstärker verwendet.
  • Vorteilhaft ist es weiterhin, den Rückkoppelwiderstand RR möglichst hoch, vorteilhafterweise über 10" Ohm, beispielsweise 1012 Ohm zu wählen. Dadurch wird das Ausgangssignal so groß, daß auf eine weitere Verstärkung vor der Verarbeitung des Signals in der Schwellwert-Komparatorstufe 4 verzichtet werden kann. Abgesehen von einer einfacheren Bauweise hat dies den Vorteil, daß keine zusätzlichen Bauelemente vorhanden sind, die Störungen von außen aufnehmen und den Detektor störunempfindlicher machen.
  • Mit dem Bezugszeichen 5 ist das Detektorgehäuse angedeutet. In ihm befinden sich die bis jetzt beschriebenen Schaltungsteile der Detektorschaltung, die durch das Gehäuse 5 gegen Störeinflüsse von außen im wesentlichen geschützt sind.
  • Aus Symmetriegründen wird die Referenzspannung URef vorzugsweise so gewählt, daß sie etwa in der Mitte des Aussteuerbereichs der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers liegt, was bei der Verwendung von CMOS-Operationsverstärkern, die - wie erwähnt - besonders geeignet sind, etwa der Hälfte der Betriebsspannung entspricht.
  • Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird die Referenzspannung URef über einen dem Rückkoppelwiderstand RR entsprechenden Widerstand R'R dem verwendeten Operationsverstärker 3 entnommen und aus dem Detektorgehäuse 5 herausgeführt. Dadurch erfährt der Operationsverstärker praktisch keine Belastung, weil der Widerstand R' hochohmig ist.
  • Die Herausführung der Referenzspannung aus dem Detektorgehäuse und die gleichzeitige Verwendung als Referenzspannung für die nachfolgende Komparatorschaltung führt nicht nur zu einem geringeren schaltungsmäßigen Aufwand, sondern insbesondere auch zu einer geringeren Störempfindlichkeit, weil keine externen Beschaltungen nötig sind und die Möglichkeit der Störungsaufnahme dadurch verringert wird. Darüberhinaus ergibt sich der weitere nicht unwesentliche Vorteil, daß nämlich bei Betriebsspannungs-Schwankungen die Schwellwert-Komparatorstufe davon praktisch unbeeinflußt bleibt, weil der aus dem Detektor herausgeführte Spannungsreferenz-Punkt für die Komparatorstufe sich mit den Schwankungen der Betriebsspannung ändert.
  • Zum Schutz der im Detektorgehäuse befindlichen Bauteile können die Dioden D1 und D2 verwendet werden, die in der in Fig. 3 dargestellten Weise in der Schaltungsanordnung vorgesehen sind.
  • Die Anode einer Diode D, ist mit der Minus-Klemme - UB der Betriebsspannungsquelle, und deren Kathode mit dem Referenzspannungsausgang URef verbunden; letzterer steht mit der Anode einer weiteren Diode D2 in Verbindung, deren Kathode mit der Plus-Klemme +UB der Betriebsspannungsquelle verbunden ist. Diese Dioden dienen dem Schutz der im Detektorgehäuse befindlichen Bauteile, insbesondere des Operationsverstärkers 3. Anstelle der Dioden können auch als Dioden geschaltete Transistoren verwendet werden.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Betriebsspannung - UB und + UB über Widerstände R3 bzw. R4 zugeführt. Wenn als Dioden D1 und D2 Zenerdioden verwendet werden, ergibt sich ohne zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand eine Betriebsspannungsstabilisation.
  • Die Schwellwert-Komparatorstufe 4, die der Auswertung des Detektorsignals A dient, enthält zwei Komparatoren 6 und 7 in Form von Operationsverstärkern, wobei dem Minus-Eingang des Komparators 6 und dem Plus-Eingang des Komparators 7 das Ausgangssignal A des Operationsverstärkers 3 zugeleitet wird. Die Referenzspannung URef wird über Schwellwert-Einstellwiderstände R, und R2 an den Plus-Eingang des Komparators 6 bzw. an den Minus-Eingang des Komparators 7 gelegt.
  • Als weitere Möglichkeit der Vereinfachung und insbesondere der Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit kann vorgesehen sein, daß auch die Schwellwert-Kompensationsstufe 4 im Detektorgehäuse 5 untergebracht werden kann. Auf diese Weise ist auch dieser Schaltungsteil gegen Störungen von außen im wesentlichen abgeschirmt.
  • Wie Fig. 1 zeigt, ergibt sich für den in der Strom-Betriebsweise arbeitenden Detektor (Kennlinie 12) ein Abfall des Frequenz-Verstärkungsverlaufs zu höheren Frequenzen hin, der durch Abnahme der Leerlaufverstärkung des verwendeten Operationsverstärkers zustande kommt. Daher wird als Operationsverstärker 3 vorzugsweise ein solcher gewählt, der über den gewünschten Frequenzbereich hinweg eine konstante Leerlaufverstärkung aufweist. Gegebenenfalls können zu dem besagten Zweck auch zwei Operationsverstärker in Reihe geschaltet werden. Sinnvoll ist eine Leerlaufverstärkung im Nutzbereich von 120 dB. Die Kompensation des Dperationsverstärkers, d. h. der Abknickpunkt der Leerlaufverstärkung sollte außerhalb des Nutzbereichs liegen.
  • Die Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Dem Fachmann sind jedoch Abwandlungen und Ausgestaltungen möglich, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung für einen ein Pyroelement als Sensor aufweisenden Infrarot-Raumüberwachungsdetektor, wobei die Schaltungsanordnung als Stomverstärker betrieben wird und einen Operationsverstärker aufweist, dessen Ausgangssignal einem Schwellwert-Komparator zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangswiderstand des Operationsverstärkers (3) hochohmig ist und die Eingänge des Operationsverstärkers direkt mit den Anschlüssen des pyroelements (1) verbunden sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkoppelwiderstand (RR) des Operationsverstärkers (3) größer als 1011 Ohm und vorzugweise in einem Bereich von 1011 bis 1012 Ohm gewählt ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenzspannung dem Operationsverstärker (3) entnommen, aus dem Detektorgehäuse (5) herausgeführt ist und als Referenzspannung (URef) für die Schwellwert-Komparatorstufe (4) dient.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwert-Komparatorstufe (4) im Detektorgehäuse (5) untergebracht ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Minus-Klemme (- UB) der Betriebsspannungsquelle und dem Referenzspannungsausgang (URef), sowie zwischen letzterem und der Plus-Klemme (+ Uµ) der Betriebsspannungsquelle jeweils eine Sperrdiode D1 bzw. D2 oder jeweils ein als Sperrdiode geschalteter Transistor vorgesehen ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Minus-Klemme (- UB) der Betriebsspannungsquelle und dem Referenzausgang (URef) eine innerhalb des Detektorgehäuses (5) angeordnete Sperrdiode D1 bzw. ein als Sperrdiode geschalteter Transistor, und zwischen dem Referenzspannungsausgang (URef) und der Plus-Klemme (+ UB) der Betriebsspannungsquelle ein Widerstand (R5) außerhalb des Detektorgehäuses (5) vorgesehen ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden D1 bzw. D2 Zenerdioden oder als Zenerdioden geschaltete Transistoren sind.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannungen + UB und - UB über je einen Vorwiderstand (R3 bzw. R4) zugeführt werden.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Minus-Klemme (- UB) der Betriebsspannungsquelle an Masse liegt und nur die positive Betriebsspannung + UB über einen Vorwiderstand (R3) zugeführt wird.
EP86108701A 1985-08-09 1986-06-26 Schaltungsanordnung für einen Infrarot-Raumüberwachungs-Detektor Expired - Lifetime EP0218011B1 (de)

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