双重传感器入侵报警器.pdf

一种双重传感器入侵报警器(DSIA)，用于检测由DSIA监视的安全区中的入侵者，该双重传感器入侵报警器包括：PIR传感器；附加传感器；和控制器，用于确定安全区中环境温度和入侵者的标准表面温度之间的工作温差；其中，如果工作温差等于或大于预定的阈值温差，该控制器就利用来自PIR传感器和附加传感器两者的信号来确定安全区中入侵者是否存在，而如果工作温差小于预定的阈值温差，该控制器就利用来自附加传感器而非来自PIR传感器的信号来确定入侵者的存在。

1.  一种双重传感器入侵报警器(DSIA)，用于检测由DSIA监视的安全区中的入侵者，该双重传感器入侵报警器包括：
PIR传感器；
附加传感器；和
控制器，用于确定安全区中环境温度和入侵者的标准表面温度之间的工作温差；
其中，如果工作温差等于或大于预定的阈值温差，该控制器就在双触发器模式下工作，并利用来自PIR传感器和附加传感器两者的信号来确定安全区中入侵者是否存在，而如果工作温差小于预定的阈值温差，该控制器就在单触发器模式下工作，并利用来自附加传感器而非来自PIR传感器的信号来确定入侵者的存在。

2.  根据权利要求1所述的DSIA，其中，相对于在双触发器模式下的附加传感器的检测灵敏度，在单触发器模式下该控制器降低附加传感器的检测灵敏度，以便产生可接受的信号，以表明有入侵者存在。

3.  根据权利要求2所述的DSIA，其中，附加传感器的检测灵敏度降低的量是这样的：在工作温差小于预定差值而且不对PIR传感器的灵敏度进行温度补偿的环境温度下，DSIA的用于检测入侵者的灵敏度等于或大于在双触发器模式下工作的DSIA的灵敏度。

4.  根据上述的权利要求中的任何一项所述的DSIA，包括在双触发器模式下工作时，因温度变化而对PIR传感器进行补偿的装置。

5.  根据上述的权利要求中的任何一项所述的DSIA，其中，附加传感器包括微波(MW)检测模块。

6.  根据上述的权利要求中的任何一项所述的DSIA，其中，附加传感器包括声传感器。

7.  根据上述的权利要求中的任何一项所述的DSIA，其中，附加传感器包括光传感器。

8.  一种用于确定安全区中存在入侵者的方法，此方法包括：
用PIR传感器和附加传感器来监视此区域，这两个传感器都能够产生信号，以响应该区域中入侵者的存在；
确定安全区的环境温度；
确定该区域中的环境温度和入侵者的标准表面温度之间的工作温差；
如果工作温差大于或等于预定的阈值温差，就利用来自PIR和附加传感器两者的信号来确定该区域中入侵者的存在；以及
如果工作温差小于阈值温差，就利用来自附加传感器而非来自PIR传感器的信号来确定该区域中入侵者的存在。

9.  根据权利要求8所述的方法，包括在使用来自附加传感器而非来自PIR传感器的信号时，相对于在使用来自PIR传感器和附加传感器两者的信号时的附加传感器的检测灵敏度，降低附加传感器的检测灵敏度。

10.  根据权利要求9所述的方法，其中，附加传感器检测灵敏度下降的量是这样的：对于工作温差小于阈值温差而且不对PIR传感器进行温度补偿的环境温度，入侵者检测的灵敏度大于使用来自PIR传感器和附加传感器两者的信号而得到的入侵者检测的灵敏度。

11.  根据权利要求8-10的任何一项所述的方法，包括在使用来自PIR传感器和附加传感器两者的信号时，对温度变化补偿PIR传感器的灵敏度。

12.  根据权利要求8-11的任何一项所述的方法，其中，附加传感器包括微波(MW)检测模块。

13.  根据权利要求8-12中任何一项所述的DSIA，其中，附加传感器包括声传感器。

14.  根据权利要求8-13中任何一项所述的DSIA，其中，附加传感器包括光传感器。

双重传感器入侵报警器
技术领域
本发明涉及包括IR(红外)传感器的双重传感器入侵报警器(DSIA)，尤其涉及调整DSIA的对环境温度敏感响应的灵敏度。
背景技术
常规的DSIA通常包括微波(MW)传感器模块(以下称之为“MW模块”)，该模块具有微波发射器/接收器和无源红外(PIR)传感器。为了让DSIA产生表明在DSIA保护的区域(以下称之为“安全区”)中有入侵者存在的警报，通常，来自MW模块和PIR传感器两者的信号必须提供有入侵者存在的证据。使用各种用于处理来自MW模块和PIR传感器的信号的算法来决定是否这些信号确实证明入侵者已侵入了安全区。正像在DSIA中所实行的那样，对入侵报警进行“双重检测”的要求减少了将产生错误报警的可能性，并提高了入侵报警的可靠性。
DSIA的MW模块产生表明在由DSIA保护的安全区中有入侵者存在的信号，以作为对侵入者行动的响应。侵入者的行动在从入侵者反射回MW模块的、由MW模块发射的微波中引起了多普勒移位(Doppler shift)。MW模块的波段通常限制在多普勒移位范围，该多普勒移位表征由安全区中人的活动产生的多普勒移位。因此，为了要使MW模块表明在安全区中有入侵者存在，在表征人的行动的速度范围内，多普勒移位必须与朝向或背离MW模块的人体的“径向”速度相对应。此外，通常反射的微波强度必须大于预定的阈值强度，以便MW模块表明有入侵者存在，
DISA的PIR传感器通常包括两个(在“双重”PIR传感器中)或四个(在“四重”PIR传感器中)IR传感元件。这些IR传感元件通常都是按如下方式成对连接的：一对传感元件提供相反的极性信号，以响应入射在传感器上的IR能量。PIR传感器对从安全区中的称之为“手指(fingers)”的区域到达传感器的IR能量做出响应，而这些称之为“手指”的区域是由狭窄的“死区”(dead regions)分隔开的。PIR传感器不响应来自死区的IR能量。在安全区中穿过“手指”区而移动的入侵者使PIR产生信号，这个信号的频率响应入侵者穿过“手指”区而移动的速度。由PIR传感器产生的信号的波段通常限制在代表由入侵者穿过安全区的“手指”区的移动所产生的频率的频率范围。
为了让PIR传感器提供的信号表明有入侵者存在，DISA一般要求此信号大于预定的阈值信号。然而，随着环境温度接近人类入侵者的典型表面温度，PIR传感器的灵敏度下降。为了使PIR传感器对入侵者的存在保持基本上恒定的检测灵敏度，DISA一般要对随环境温度接近于“标准的”人体表面温度而PIR传感器的灵敏度的下降加以补偿。通常，由改变PIR传感器的阈值信号或放大PIR传感器提供的信号的放大器的增益来进行补偿，以响应环境温度。
传感器灵敏度，例如PIR传感器的灵敏度，是指该传感器产生信号响应想使传感器产生信号的刺激的灵敏度。在DISA中，传感器的检测灵敏度，例如PIR传感器检测灵敏度，是指该传感器产生DISA确定的信号表明有入侵者存在的总灵敏度。该检测灵敏度是传感器灵敏度和由传感器产生地信号的、DISA要求的各种标准(如振幅阈值)的函数，这些标准是为了“接受”作为表明入侵者存在的这些信号。通过调整传感器的灵敏度，调整在由传感器产生的信号上工作的DSIA部件，和/或调整各种“接受性”要求的任何一种，可以调整传感器的检测灵敏度。入侵检测的DSIA灵敏度是指检测入侵者的DSIA的“总”灵敏度。
注意，人的典型的表面温度对这个人所穿的不同种类的衣服和这个人身体的不同区域可以是不同的，并且一般说来，与健康人的平常的内部体温不同。通常，PIR传感器的标准表面温度是根据气候条件和在计划操作PIR传感器的环境中人所穿的衣服来决定的。
对于环境温度和标准表面温度之间的差别(以下称之为“工作温差”)大于预定的阈值温差的环境温度，通常提供PIR温度补偿。对于工作温差小于阈值温差，不提供补偿，并且在环境温度接近标准温度时，PIR传感器对入侵者存在的灵敏度通常接近零。一般将阈值温差设置在大约1℃和大约3℃之间。
在阈值温差停止补偿减少像如热噪声或RF噪声之类的噪声会引起PIR传感器产生表明有入侵者存在的错误信号的可能性，从而减少DSIA产生错误报警的可能性。然而，停止补偿通常导致在保护区的环境温度接近标准表面温度时，检测入侵者的PIR传感器从而DSIA灵敏度的下降。
美国专利5,578,988描述了DSIA，其中，调整PIR阈值以响应由热敏电阻确定的温度，以保持恒定的PIR传感器灵敏度。DSIA也包括控制器，该控制器调整PIR阈值以响应由MW模块产生的信号和对PIR传感器信号响应的MW模块阈值。美国专利5,331,308描述了DSIA，其中，如果DSIA中两个传感器中的第一个持续产生表示有入侵者存在的信号，而没有得到第二个传感器产生的信号的确认，就可假设第一个传感器产生了错误的信号。使第二传感器的灵敏度“稳定化”，即降低，以便减少由产生错误报警的两个传感器所产生的随机报警信号之间符合(coincidence)的统计概率。
美国专利5,504,473描述了DSIA，其中，对来自MW模块和PIR传感器的信号进行分别的统计分析，以确定信号是否表示有入侵者的活动、两个传感器的任一的典型噪声或错误操作(即诸如电路故障或掩蔽之类的事故)。
美国专利6,188,318描述了DSIA，其中，将来自PIR传感器和MW模块的信号相加。将加起来的信号与阈值相比较，以便确定在由DSIA保护的区域中是否存在入侵者。在信号相加之前，可以用加权因子对来自各个传感器的信号加权。“为了在指定容量空间中优化地检测入侵者，可以选择加权因子，以便定制双重传感入侵装置”。可以确定和阈值，以便辨别DSIA所有者的宠物。
发明内容
本发明的一些实施例的一个方面涉及提供一种改进的算法，供含有PIR传感器和附加传感器的DSIA的操作之用。这个算法提供一种方法，用以在DSIA监控的安全区的环境温度接近为安全区确定的标准表面温度时，使用来自PIR传感器和附加传感器的信号来决定在安全区中有入侵者存在。
本发明的一些实施例的一个方面涉及提供按照此算法操作的一种DSIA。
根据本发明的实施例，含有PIR传感器和附加传感器的DSIA具有双触发器工作模式和单触发器工作模式。在双触发器模式中，使用来自PIR传感器和附加传感器两者的信号来决定在DSIA监控的安全区中是否有入侵者存在。在双触发器模式中，可以根据现有技术上已知的各种适合的方法中的任何一种，来选择地对PIR传感器的灵敏度作为环境温度的函数的变化进行补偿，以使PIR传感器保持所希望的灵敏度。在单触发器的工作模式中，DSIA确定在安全区中是否存在入侵者，以响应由DSIA的附加传感器产生的信号而不响应由DSIA的PIR传感器产生的信号。
根据本发明的实施例，DSIA在单触发器或双触发器模式下工作，以响应安全区的环境温度、标准温度和为安全区建立的差分阈值温度。DSIA决定在安全区的环境温度和标准表面温度之间的工作温差。如果工作温差大于或等于差分阈值温度，DSIA就在双触发器模式下工作。如果工作温差小于差分阈值温度，DSIA就在单触发器模式下工作。
根据本发明的某些实施例，当DSIA在单触发器的模式下工作时，为了减少错误报警的可能性，将附加传感器的检测灵敏度降低到在双触发器模式下工作的附加传感器的检测灵敏度之下。检测灵敏度所降低的量可选择使得在单触发器模式下工作的DSIA的灵敏度等于或大于在双触发器模式下的灵敏度，在双触发器模式下，不对PIR传感器进行补偿，并且工作温差小于差分阈值。
因此，根据本发明的实施例，提供一种用于检测由DSIA监控的安全区中的入侵者的双重传感器入侵报警器(DSIA)，其包括：PIR传感器；附加传感器；和控制器，用于确定安全区中环境温度和入侵者的标准表面温度之间的工作温差；其中，如果工作温差等于或大于预定的阈值温差，该控制器就在双触发器模式下工作，并利用来自PIR传感器和附加传感器两者的信号来确定安全区中入侵者是否存在，而如果工作温差小于预定的阈值温差，该控制器就在单触发器模式下工作，并利用来自附加传感器而非来自PIR传感器的信号来确定入侵者的存在。
可选择地，相对于在双触发器模式下的附加传感器的检测灵敏度，在单触发器模式下该控制器降低附加传感器的检测灵敏度，以便产生可接受的信号，以表明有入侵者存在。
可选择地，附加传感器的检测灵敏度降低的量是这样的：在工作温差小于预定差值而且不对PIR传感器的灵敏度进行温度补偿的环境温度下，DSIA的用于检测入侵者的灵敏度等于或大于在双触发器模式下工作的DSIA的灵敏度。
在本发明的某些实施例中，DSIA包括在双触发器模式下工作时因温度变化而对PIR传感器进行补偿的装置。
在本发明的某些实施例中，附加传感器包括微波(MW)检测模块。
在本发明的某些实施例中，附加传感器包括声传感器。
在本发明的某些实施例中，附加传感器包括光传感器。
根据本发明的实施例，还提供一种用于确定安全区中存在入侵者的方法，此方法包括：用PIR传感器和附加传感器来监视此区域，这两个传感器都能够产生信号，以响应该区域中入侵者的存在；确定安全区的环境温度；确定该区域中的环境温度和入侵者的标准表面温度之间的工作温差；如果工作温差大于或等于预定的阈值温差，就利用来自PIR和附加传感器两者的信号来确定该区域中入侵者的存在；以及如果工作温差小于阈值温差，就利用来自附加传感器而非来自PIR传感器的信号来确定该区域中入侵者的存在。
可选择地，在使用来自附加传感器而非来自PIR传感器的信号时，相对于在使用来自PIR传感器和附加传感器两者的信号时的附加传感器的检测灵敏度，降低附加传感器的检测灵敏度。
可选择地，附加传感器检测灵敏度下降的量是这样的：对于工作温差小于阈值温差而且不对PIR传感器进行温度补偿的环境温度，入侵者检测的灵敏度大于使用来自PIR传感器和附加传感器两者的信号而得到的入侵者检测的灵敏度。
在本发明的某些实施例中，此方法包括在使用来自PIR传感器和附加传感器两者的信号时，对温度变化补偿PIR传感器的灵敏度。
在本发明的某些实施例中，附加传感器包括微波(MW)检测模块。
在本发明的某些实施例中，附加传感器包括声传感器。
在本发明的某些实施例中，附加传感器包括光传感器。
附图说明
下面参照附图来说明本发明实施例的各非限制性的例子。在这些图中，出现在一个以上的图中的相同的结构、元件和部件，在有它们出现的所有的图中一般用相同的标号来标记。为了表述的方便和清楚起见，对图中所示的特征和部件的尺寸有所选择，并非必须按比例所示。
图1根据本发明的实施例，示意性地示出了DSIA；以及
图2根据本发明的实施例，示出了算法的流程图，通过该算法，图1所示的DSIA确定在双重检测模式还是在单一检测模式工作。
具体实施方式
图1根据本发明的实施例示意性示出了DSIA 20，它可以选择在双触发器的模式下或者在单触发器的模式下工作。DSIA 20包括由温度计示意表示的温度传感器24，它提供对环境温度的测量；此外，还包括PIR传感器28、附加传达器26和控制器22。附加传感器26可以是任何一种传感器或检测器，或者是适合于指示有入侵者存在的传感器模块，如声传感器、光传感器或MW模块。为了表述的简化和方便起见，假设附加传感器26是MW模块。用例子示意性地示出了保护安全区30的DSIA 20，在此安全区30中，入侵者32随着移动部件向着DSIA移动。
MW模块26发射由曲线33示意表示的微波。微波33具有适合于检测入侵者的、由曲线33之间的间隔示意表示的频率。使微波33中的一部分能量发生多普勒移位，并且作为用虚线34表示的微波由入侵者32反射。虚线34的间隔小于曲线33的间隔，以便示意表示由入侵者的移动而引起的多普勒移位。由于入侵者是向着DSIA20移动的，所以多普勒移位是正的。(如果入侵者背离DSIA 20而移动，多普勒移位则是负的。)
MW模块26产生响应反射微波34的信号，并将此信号发送给控制器22。控制器22根据现有技术已知的各种方法中的任何一种来处理这些信号，以确定它们是否表示有入侵者32存在，从而对由这些信号表示的反射微波的至少一个特性进行响应。通常，用微波的多普勒移位和强度来决定入侵者的存在。如同下面要讨论的和上面概述中所提到的那样，控制器22决定MW模块26的MW检测灵敏度“S_MW”。
PIR传感器28接收由波状箭头36表示的、来自入侵者32的IR辐射，并产生发送到控制器22的、响应它的信号。控制器22根据在现有技术上已知的各种方法中的任何一种来确定该信号是否表示有入侵者32存在，以对各信号的特性(如例如强度和/或频率)进行响应。如下面要讨论的和上面概述中所提到的那样，控制器22确定PIR传感器的、对温度响应的检测灵敏度“S_PIR”。
根据本发明的实施例，控制器22确定DSIA 20是在双触发器模式下还是在单触发器模式下工作，以响应由温度传感器24提供的安全区30的环境温度T、标准温度T_O和工作温差ΔT。可以使用在现有技术上已知的各种方法中的任何一种来给控制器22“提供”环境温度T以及标准温度T_O和工作温差ΔT_O的值，这些值是可以预设置或调整的。在双触发器模式下，使用来自MW模块26和PIR传感器28两者的信号来确定入侵者32的存在。在单触发器模式下，仅用来自MW模块26的信号来确定入侵者32的存在。根据具有类似于图2所示的流程图的算法，决定是按双触发器模式还是按单触发器模式工作。
图2根据本发明的实施例，示出了算法40，根据此算法控制器22决定DSIA 20是按双触发器模式还是按单触发器模式工作。
在块42中，控制器22接收来自温度传感器24的、表示安全区30的环境温度T的信号。在块44中，控制器22决定在安全区30的环境温度T和标准温度T_O之间的工作温差ΔT。可选择地，让ΔT等于绝对差值，即ΔT＝|T-T_O|。在块45中，控制器22将ΔT与ΔT_O进行比较。
如果ΔT≥ΔT_O，控制器22就继续进行块48。在块48中，控制器22根据在现有技术上已知的任何适合的方法，并通过补偿PIR传感器28的灵敏度来设置DSIA 20的PIR检测灵敏度S_PIR。或者，PIR传感器28可以有内部补偿。在块48中，也可以根据在现有技术上已知的任何适合的方法、标准和/或算法来确定MW模块26的检测灵敏度S_MW。
在块50中，控制器22将DSIA设置为双触发器模式，并使用来自PIR传感器28和MW模块26两者的信号来确定安全区30中入侵者(例如图1中的入侵者32)的存在。可以使用在现有技术上已知的各种方法中的任何一种，以根据由PIR传感器28和MW模块26提供的信号来确定入侵者32的存在。
另一方面，如果ΔT＜ΔT_O，控制器22就继续进行块51。在块51中，控制器22可选择将MW模块26的检测灵敏度S_MW降低到在双触发器模式下所用的检测灵敏度以下，以便减少错误报警的可能性，然后继续进行块52。在块52中，控制器22将DSIA设置为单触发器模式，并使用来自MW模块26的信号而不用来自PIR传感器28的信号来确定安全区30中入侵者的存在。可选择地，在步骤51中，不把S_MW减少到这样的程度，即让DSIA20在单触发器模式下用于检测入侵者的灵敏度低于它在ΔT＜ΔT_O时在双触发器模式下工作的灵敏度，并且不对PIR传感器28进行温度补偿。
在本发明的说明书和权利要求中，动词“comprise”、“include”和“have”及其结合，用于指示动词的对象或各对象不必是动词的主体或各主体的成员、部件、元件或各部分的完整列表。
利用对上述实施例的详细描述已经对本发明作了说明，这些实施例仅仅是作为例子提出来的，不视为限制本发明的范围。所描述的这些实施例具有不同的特征，并非在本发明的所有的实施例中都需要所有的这些特征。本发明的某些实施例仅使用一些特征或这些特征的可能组合。本领域技术人员将会想到：所描述的本发明的实施例以及包含在所描述的实施例中提及的各种特征的组合的本发明的实施例的变型。仅根据权利要求来限制本发明的范围。