Evolution der Hochfrequenz-Sensorik - Informations- und Systemtechnik - elektro.net
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Informations- und Systemtechnik
Aktive Bewegungserfassung
Evolution der Hochfrequenz-Sensorik
Die Hochfrequenz-Technologie ist eine von vier Sensortechnologien zur Anwesenheitsregistrierung von
Personen. Bisher eingesetzt in Bewegungsmeldern im Innen- und Außenbereich, hat sie sich nach Ansicht
von Experten inzwischen zur digitalen Sensortechnologie der Zukunft entwickelt. Energieersparnis und
die Steuerung der Gebäudeautomation stehen dabei neuen Funktionen in einem wirklich intelligenten
Gebäude gegenüber.
E
nde der 1980er Jahre wurde die Welt Die automatische Lichtschaltung war gebo- hertz liegen. Im Alltag nutzt man sie bei-
des Lichts durch die Markteinfüh- ren. spielsweise in Handys, für Rundfunksender
rung der ersten Sensorleuchte und Im Laufe der Jahre ist die Entwicklung der oder Schiffsradar.
des ersten Bewegungsmelders revolutioniert. Bewegungserfassung weiter vorangeschrit- Während die Passiv-Infrarot-Technologie
Wurde bisher das Licht mithilfe eines Licht- ten. Bewegungsmelder, die meist gröbere Be- (PIR) ein passives System ist, arbeitet der HF-
schalters ein- und ausgeschaltet, erfolgte dies wegungen erkennen, wurden um Präsenz- Sensor als aktives System. Er sendet ein nicht
nun vollkommen automatisch. Hierfür wur- melder zur Erfassung kleinerer Bewegungen wahrnehmbares HF-Signal in Form elektro-
de die elektromagnetische Strahlung genutzt, ergänzt. Nachlaufzeiten sorgen dafür, dass magnetischer Wellen mit einer Frequenz von
die jeder Mensch abgibt. Licht so lange eingeschaltet bleibt, wie es be- 5,8 GHz und einer Sendeleistung von weni-
Ein sogenannter Pyrosensor reagiert, nötigt wird. ger als 1 mW aus (Bild 1). Gemäß dem Dopp-
wenn sich die Infrarot-Wärmestrahlung in- 1999 wurde erstmals die Hochfrequenz- ler-Prinzip werden diese Signale von Wän-
nerhalb seines Erfassungsbereichs verän- Technologie (HF) in einem Bewegungsmel- den und Objekten reflektiert und als Echo an
dert, sich also eine Person dort aufhält. Der der für die Lichtschaltung genutzt. Hierbei den Sensor zurückgeschickt. Befindet sich im
dadurch verursachte Spannungssprung werden elektromagnetische Wellen als hoch- Erfassungsbereich des Sensors eine Person,
wird vom System in einen elektronischen frequent bezeichnet, wenn sie in einem Be- verändert sich dieses Echobild. Hierbei rei-
Impuls umgewandelt, der das Licht schaltet. reich zwischen zehn Kilohertz und 300 Giga- chen kleinste Bewegungen aus. In Sekunden-
Quelle: Steinel (alle Bilder)
tangentiale radiale
Bewegung Bewegung
Bild 1: HF-Sensoren senden aktiv Hochfrequenzwellen aus und nehmen Bild 2: Von einem Hochfrequenz-Bewegungsmelder werden radiale
nach dem Doppler-Prinzip selbst kleinste Bewegungen in ihrem Erfas- und tangentiale Bewegungen gleich gut erfasst
sungsbereich wahr
Bild 3: Ein HF-Sensor erfasst auch Bewegungen hinter Glas, Holz-und Bild 4: Der Bewegungsmelder iHF 3D eignet sich mit seiner Reichweite
Leichtbauwänden bis zu 7 m für Fassaden, Carports, Parkplätze und Terrassen
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17. – 19. Februar 2021 bruchteilen reagiert der Sensor daraufhin Intelligente Hochfrequenz iHF
in Dortmund mit einem Schaltsignal und das Licht wird Die Tatsache, dass für einen HF-Sensor jede
eingeschaltet. Bewegung relevant ist, begrenzte bis vor Kur-
Elektro-
zem seinen Einsatz noch auf den Innenbe-
Montage eines HF-Sensors reich. Bei einem Einsatz im Außenbereich
Bei einem HF-Sensor ist es für die Qualität würden auch Bewegungen durch Regentrop-
der Erfassung unerheblich, ob sich eine Per- fen oder Insekten ein Schaltsignal auslösen,
technik
son direkt auf den Sensor zu bewegt oder den was natürlich nicht gewünscht ist.
Erfassungsbereich seitlich schneidet. Tan- Im Zuge der Weiterentwicklung der HF-
gentiale und radiale Bewegungen werden Technik für die sensorische Lichtschaltung
temperaturunabhängig gleich gut und lü- gelang es, ihren Einsatz auch im Außenbe-
neu
ckenlos erfasst (Bild 2). Äußere Einflüsse wie reich zu ermöglichen. Entstanden ist die so-
zum Bespiel fremde Wärmequellen wirken genannte intelligente Hochfrequenz-Technik
sich ebenfalls nicht auf die Qualität der Er- (iHF). Einem iHF-Bewegungsmelder wie
erleben
fassung aus. Kennzeichnend für HF-Wellen dem iHF 3D (Bild 4) von Steinel fehlt die ty-
ist auch, dass sie bestimmte Materialien pische Linse, die PIR-Bewegungsmelder
durchdringen. So können auch Bewegungen kennzeichnet, denn der iHF-Sensor wurde
hinter Glas, Holz oder Leichtbauwänden unsichtbar in das Gehäuse integriert. Auf-
erfasst werden. grund der durchdringenden Erfassung von
All diese Eigenschaften müssen bei der HF-Wellen wird die Qualität hierdurch nicht
Auswahl, Platzierung und Montage eines beeinträchtigt.
HF-Bewegungsmelders berücksichtigt wer- Auch ein iHF-Sensor arbeitet nach dem
den, um ein optimales Erfassungsergebnis zu bereits geschilderten Doppler-Prinzip. Die
erzielen. Aufgrund der durchdringenden Er- besondere Intelligenz liegt dabei aber in der
fassung kann ein HF-Sensor zum Beispiel Signalauswertung: Registriert der iHF-Sen-
aus ästhetischen Gründen oder aus Schutz sor eine Bewegung, wird das Muster dieser
vor Vandalismus hinter einer abgehängten Bewegung mittels einer Signalanalyse unter-
Decke angebracht werden. Die Erfassungs- sucht. Hierdurch ist es möglich, zwischen
qualität wird dadurch nicht beeinträchtigt. sich bewegenden Personen und sich bewe-
genden Objekten wie Sträuchern oder Tieren
Durchdringende Erfassung zu unterscheiden.
Aus eben diesem Grund ist ein HF-Sensor
auch ideal für die Lichtschaltung in Wasch- Filter gegen Störfaktoren
und WC-Räumen (Bild 3), da jede Bewegung Spezielle Filter sorgen zudem dafür, dass der
hinter den Kabinentrennwänden exakt erfasst iHF-Sensor Bewegungen von Schnee, Regen,
wird und das Licht eingeschaltet bleibt, wenn Blättern oder Kleintieren ignoriert. Diese In-
Neue Impulse. es benötigt wird. Bei Räumlichkeiten in telligenz macht es möglich, dass Fehlschal-
Leichtbauweise kann die durchdringende Er- tungen quasi ausgeschlossen werden und der
fassung jedoch auch ungünstig sein, da even- Sensor nur dann ein Schaltsignal auslöst,
tuell Bewegungen vom Sensor erfasst werden, wenn tatsächlich Licht benötigt wird. Die
die für die Lichtschaltung nicht relevant sein Vorteile der HF-Bewegungserfassung kön-
sollen. In diesem Fall ist es erforderlich, nen so auch auf den Außenbereich übertra-
Raumbereiche für die Erfassung auszublen- gen werden.
den. Dank der durchdringenden Erfassung ist Praktisch ist dabei auch die digitale Ein-
es auch möglich, einen HF-Bewegungsmelder stellbarkeit des Erfassungsbereichs, die über
unsichtbar in einer Leuchte zu integrieren. drei Achsen exakt und vollflächig vorgenom-
Moderne Sensor-Leuchten können so als men wird. So wird sichergestellt, dass der
Licht-Komplettsysteme mit einer intelligen- Sensor nur genau in dem Bereich Bewegun-
ten Steuerung viel Energie und Geld sparen. gen erfasst, der für seinen Nutzer relevant ist
17. – 19. Februar 2021, Sollen sie auf größeren Flächen oder über (Bild 5).
Messe Dortmund mehrere Etagen hinweg genutzt werden, kön-
nen mehrere Leuchten via Bluetooth mitein- Erfassung auch ohne Bewegung
Die Fachmesse für Gebäude-, Industrie-,
ander vernetzt werden. Gerade im Bestands- Sowohl bei der PIR- als auch bei der HF-
Energie- und Lichttechnik. Modernste
Lösungen für anspruchsvolle Aufgaben – bau ist dies vorteilhaft, da eine zusätzliche Ka- Technik setzt die Registrierung einer Person
in Dortmund trifft sich die Fachwelt der belverlegung entfällt. Per App einstellbare Pa- in einem bestimmten Bereich eine Bewegung
Elektrotechnik. rameter vereinfachen die Inbetriebnahme voraus. Was aber, wenn sich eine Person im
ohne Leiter. Gleiches gilt auch für Hochfre- Raum befindet, die sich nicht bewegt, weil sie
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quenz-Sensoren, die bereits vorhandene schläft? Hier würden die bekannten Techno-
Lichtsysteme automatisch schalten sollen. logien zu keinem sinnvollen Ergebnis führen.
de 21.2020
Informations- und Systemtechnik
Bild 5: Ein Bewegungsmelder mit iHF-Technik registriert nur die Bewe- Bild 6: Basierend auf einer neuen Hochfrequenz-Sensortechnik benötigt
gung einer Person in seinem klar abgrenzbaren Erfassungsbereich »True Presence« keine Bewegung für die Anwesenheitserfassung
Mit der Entwicklung der sogenannten Hinzu kommt eine spezielle Software, die werden. In Kombination mit weiteren Raum-
»True Presence«-Technologie wurde darauf das Signal digital auswertet und im Signal- parametern kann in einem Gebäude nicht
abgezielt, die Anwesenheit einer Person in strom typische menschliche Atemsignaturen nur ein immenses Energieeinsparpotenzial
einem Raum zuverlässig zu erkennen, unab- filtern und erkennen kann. Dabei werden zwei realisiert werden. Die digitale Sensortechno-
hängig davon, ob sich die Person bewegt, ob Doppler-Auswertungen durchlaufen, um die logie ebnet auch den Weg zum intelligenten
sie liest oder schläft (Bild 6). Zur Erken- Atemmuster exakt zu erkennen. So kann auf Gebäude der Zukunft. ●
nung wird dabei nicht mehr auf die Infra- schnelle und sehr langsame Atembewegungen
rotstrahlung und die Bewegungen eines reagiert werden. Die Anwesenheit eines Men-
Menschen geschaut, sondern auf dessen Vi- schen wird sicher angezeigt, wenn Mikrobewe- FÜR SCHNELLLESER
talfunktionen in Form seiner sehr feinen gungen der menschlichen Vitalfunktionen er- HF-Sensoren eignen sich besonders für die
Atemsignaturen. kannt werden. Diese Information wird digital Lichtschaltung in Wasch- und WC-Räumen
zur Verfügung gestellt und kann auf vielfältige
15 Millionen Messungen pro Sekunde Weise genutzt werden. iHF-Sensoren untersuchen und bewerten
Für die Registrierung einer anwesenden Per- Bewegungsmuster per Signalanalyse
son nutzt »True Presence« feinste HF-Mes- Fazit
»True Presence« erkennt anhand von
sungen der Umgebung. Der HF-Sensor führt Die zunehmende feinere und exakte Anwe-
Atemsignaturen anwesende Personen,
dabei pro Sekunde zirka 15 Millionen Mes- senheitserfassung auf Basis der HF-Techno- auch wenn sie sich nicht bewegen
sungen durch. Zudem wird eine neu entwi- logie eröffnet neue sensorische Möglichkei-
ckelte HF-Antenne genutzt. Sie besitzt eine ten. Kann präzise angegeben werden, ob sich
Autorin:
Auflösung der Entfernungsmessung von et- jemand in einem Raum aufhält oder nicht, Susanne Brock,
wa 10 cm. Die Sendeleistung liegt bei 1/1000 kann nicht nur die Gebäudeautomation be- für Steinel Vertrieb GmbH,
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