基于微型机电系统的空间安全红外传感器设备和方法技术方案

一种监控围绕视场（ＦＯＶ）的空间体积用于检测包括气体或蒸汽侵入的空间安全设备，并包括微型机电系统（ＭＥＭＳ），它具有用于反射从ＦＯＶ收集到的红外（ＩＲ）能量束的反射镜阵列中的反射镜元件和用于检测被ＭＥＭＳ阵列反射的ＩＲ能量并将ＩＲ能量转换成输出信号的ＩＲ能量检测器。处理器通过改变控制信号或者通过从一个聚焦元件转换到另一个调节ＭＥＭＳ反射镜阵列元件的角度。该方法包括通过定位ＭＥＭＳ反射镜阵列以便反射关于ＩＲ检测器的有效元件的ＩＲ信号并从ＦＯＶ的第ｉ部分收集ＩＲ能量检测空间体积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及依靠红外信号检测的用于生物、非生物或气态物质的侵入检测系统领域，更具体地说，涉及结合微型机电系统(MEMS)反射镜阵列的空间安全红外信号侵入检测系统。
技术介绍
无源红外(IR)传感器通过测量由侵入者引起的温度梯度检测在视场(FOV)中移动的侵入者。传感器的FOV通过透镜或反射镜系统的光学特性被固定和确定。FOV再划分成静态有效区和非有效区；侵入者从有效区到非有效区的移动被检测为报警。来自各有效区的IR能量被聚焦在IR检测器上并且IR检测器不能确定哪个有效区正在收集能量。该装置的问题是一个或多个区域中的其它IR能量源也可被检测为报警。示例包括循环开关的空间加热器或因为检测器区域中微风而移动的日照帘。其它噪声源包括宠物如小狗。此外，非有效区提供了侵入者可不被检测而穿越的路径。其它试图解决这些问题的示例如下一种产品具有检测一个区域中重复运动并降低检测器灵敏度以忽略该信号的算法。这同样也会降低传感器对侵入者的灵敏度。另一种方法使用CCD相机监控被保护空间并使用视频处理算法检测运动。该方法的问题是被保护空间需要被照亮以便检测运动。另一种方法使用第二透镜系统最小化非有效区但该方法仍然遭受其它缺点。
技术实现思路
为了解决上述及其它问题，本专利技术涉及监控围绕视场的空间体积的空间安全设备，该空间安全设备用于检测空间体积中的侵入，该设备包括具有用于反射从FOV收集到的红外(IR)能量束的反射镜阵列中的反射镜元件的微型机电系统(MEMS)；以及IR能量检测器用于检测被MEMS阵列反射的IR能量并将IR能量转换成输出信号。本专利技术还涉及借助多轴MEMS反射镜阵列在侵入被保护空间或体积的FOV中移动IR区域的方法。IR区域的该运动有效地扫描了被保护空间或体积的IR签名。侵入可以是生物或非生物例如机器人机车、气体或蒸汽在空间体积中出现引起的结果。在本专利技术的一个特定方面，本专利技术的第一实施利涉及用于检测空间体积中侵入的空间安全设备，包括用于聚焦从空间体积中收集到的红外(IR)能量束的聚焦元件；用于过滤从空间体积中收集到的红外(IR)能量束的滤波元件；具有用于反射IR能量的反射镜阵列中的反射镜元件的微型机电系统(MEMS)；用于检测被所述MEMS阵列反射的IR能量并将IR能量转换成输出信号的IR能量检测器；用于放大输出信号的放大器；用于将输出信号从模拟转换成数字的模数转换器；用于处理输出信号的处理器；用于存储输出信号的存储器；用于调整至少一个所述MEMS反射镜阵列元件的角度的控制器；以及用于通告对应IR能量束振幅变化的输出信号振幅变化引起的侵入的检测的报警器。输出信号可以是电、磁、光、声、气和液压中的一种。控制器可通过改变控制信号来调整至所述至少一个所述MEMS反射镜阵列元件的角度。控制信号可以是电、磁、光、声、气和液压中的一种。控制器可通过在FOV和IR基准之间转换所述MEMS反射镜阵列获得基准信号。改变至所述MEMS反射镜阵列的电控制信号可引起至少一个所述MEMS反射镜阵列的反射镜元件的运动，该运动利用热膨胀和静电力中至少一个引起。控制器可通过以非斩波模式以增加的、交叠的步幅或离散的、有限的步幅穿越FOV启动MEMS反射镜阵列以穿越所述IR检测设备的FOV。控制器可通过以斩波模式以增加的、交叠的步幅或离散的、有限的步幅穿越FOV启动MEMS反射镜阵列以穿越所述IR检测设备的FOV。空间安全设备还可包括提供基准值用于检测所述空间安全设备损害或退化中至少一个的IR源。MEMS反射镜阵列可包括每个都能够旋转以便模拟曲面反射镜的有限元表示的反射镜元件或可配置成模拟平面反射镜的有限元表示的反射镜元件。第一实施例的检测器组件可包括所述滤波元件；所述布置在陶瓷衬底上的MEMS反射镜阵列；以及布置以检测被所述MEMS阵列反射的IR能量的所述IR能量检测器。检测器组件还可包括至少封装了所述滤波元件的检测器组件外壳；布置在陶瓷衬底上的所述MEMS反射镜阵列；布置以检测被所述MEMS阵列反射的IR能量的所述IR能量检测器；以及用于耦合到所述检测器组件外壳的检测器组件外壳基座。检测器组件外壳基座还可包括至少四个用于耦合到印刷电路板的管脚，至少一个所述管脚接收电源，一个所述管脚接地，一个所述管脚发送信号，以及一个所述管脚提供MEMS反射镜阵列控制信号。检测器组件可耦合到印刷电路板。印刷电路板可包括所述放大器；所述模数转换器；所述处理器；所述存储器；所述用于调整至少一个所述MEMS反射镜阵列的反射镜元件角度的控制器；以及所述用于通告侵入的检测的报警器。印刷电路板和所述检测器组件可被布置在封装外壳中并被布置在耦合到所述封装外壳的封装基座上从而所述检测器组件中的所述MEMS反射镜阵列可通过所述封装外壳中的窗口接收IR能量。窗口可包括用于聚焦IR能量的聚焦元件。检测器组件可被布置在所述印刷电路板上从而所述检测器组件中的所述MEMS反射镜阵列平行于所述印刷电路板并且所述印刷电路板被布置在相对所述封装基座约10°的角度处。封装外壳还可包括布置在靠近所述窗口处的IR源从而所述MEMS反射镜阵列可接收来自所述IR源的IR能量并将它反射到所述IR检测器元件上，所述IR源提供基准值用于检测所述空间安全设备损害和退化中至少一个。在本专利技术的另一方面，本专利技术的第二实施例涉及用于检测空间体积中侵入的空间安全设备，包括用于聚焦从空间体积中收集到的红外(IR)能量的多个聚焦元件；用于过滤从空间体积中收集到的IR能量的滤波元件；用于反射IR能量的微型机电系统(MEMS)反射镜阵列；用于检测被所述MEMS阵列反射的IR能量并将IR能量转换成输出信号的IR能量检测器；用于放大输出信号的放大器；用于将输出信号从模拟转换成数字的模数转换器；用于处理输出信号的处理器；用于存储输出信号的存储器；用于通过从一个所述多个聚焦元件转换到另一个而调整所述MEMS阵列的控制器；以及用于通告对应IR能量束振幅变化的输出信号振幅变化引起的侵入的检测的报警器。输出信号可以是电、磁、光、声、气和液压中的一种。控制器可通过在FOV和IR基准之间转换所述MEMS反射镜阵列获得基准信号。多个聚焦元件可包括(a)透镜元件和(b)反射镜聚焦元件中的至少一个。控制器可通过以增加的、交叠的步幅或离散的、有限的步幅穿越FOV通过从一个所述多个聚焦元件转换到另一个调整MEMS阵列。控制器可通过以斩波模式以增加的、交叠的步幅或离散的、有限的步幅穿越FOV启动MEMS反射镜阵列穿越所述IR检测设备的FOV。空间安全设备还可包括提供基准值用于检测所述空间安全设备损害或退化中至少一个的IR源。MEMS反射镜阵列可包括每个都能够旋转以便模拟曲面反射镜的有限元表示的反射镜元件或可配置成模拟平面反射镜的有限元表示的反射镜元件。第二实施例的检测器组件可包括所述滤波元件；所述多个聚焦元件；所述布置在陶瓷衬底上的MEMS反射镜阵列；以及所述布置以检测被所述MEMS阵列反射的无源IR束的IR能量束检测器。检测器组件还可包括至少封装所述多个聚焦元件的检测器组件外壳；所述滤波元件；所述布置在陶瓷衬底上的所述MEMS反射镜阵列；所述布置以检测被所述MEMS阵列反射的IR能量的IR能量检测器；以及用于耦合到所述检测器组件外壳的检测器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监控围绕视场（ＦＯＶ）的空间体积的空间安全设备，所述空间安全设备用于检测空间体积中的侵入，所述设备包括：具有用于反射从ＦＯＶ收集到的红外（ＩＲ）能量束的反射镜阵列中的反射镜元件的微型机电系统（ＭＥＭＳ）；以及用于检测被所述ＭＥＭＳ阵列反射的ＩＲ能量并将ＩＲ能量转换成输出信号的ＩＲ能量检测器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：KG埃斯基尔德森，RE李，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]