Infrarotsensoren zur Sturzerkennung: Bewegungserkennung mit Sensoren

Sensoren zur Sturzerkennung können dafür sorgen, dass im Notfall schnell Hilfe kommt.
Sensoren zur Sturzerkennung können dafür sorgen, dass im Notfall schnell Hilfe kommt.

Infrarotsensoren werden schon häufig in Bewegungsmeldern eingesetzt. Doch bisher können daraus keine Informationen über die Richtung der Bewegung gewonnen werden. Ein Array aus Sensoren ermöglicht das nun auch, zum Beispiel für die Sturzerkennung in Systemen für die Überwachung in der Pflege.

Infrarotsensoren werden in einer ganzen Reihe von Anwendungen genutzt. In Kombination mit Infrarotquellen dienen sie zum Beispiel zur Detektion von verschiedenen Gasen. Doch auch die natürliche Wärmestrahlung von Objekten und Lebewesen wird mit den Sensoren gemessen. Daraus kann direkt die Oberflächentemperatur bestimmt werden, aber auch Anwesenheits- und Bewegungsdetektoren können realisiert werden. Diese werden immer häufiger eingesetzt, unter anderem in der Altenpflege oder im „Active Assisted Living“. AAL bedeutet, dass ältere Menschen mit Hilfe von Technik möglichst lang in ihren eigenen vier Wänden leben können.

Die Ansprüche an die Technik in diesen Gebieten steigen. So reicht eine bloße Anwesenheitsdetektion nicht mehr aus, sondern auch die Bewegungsrichtung soll erkannt werden. Damit können dann auch Sturzerkennungssysteme ermöglicht werden.

In Infrarotsensoren werden heute im Wesentlichen zwei Verfahren eingesetzt: Zum einen Thermosäulen, zum anderen pyroelektrische Sensoren (siehe Kasten). Beide Techniken können jedoch die Bewegungsrichtung nicht erkennen.

Verfahren zur Infrarot-Detektion
Pyroelektrische Sensoren nutzen ein spezielles Material – ein Pyroelektrikum – zur Detektion. Das Pyroelektrikum ist ein Kristall, der durch die einfallende Infrarotstrahlung erwärmt wird. Die Temperaturänderung wird im Kristall in eine elektrische Spannung umgewandelt. Diese Spannung wird verstärkt und ausgegeben. Als Pyroelektrikum wird heute in den meisten Anwendungen Lithiumtantalat (LiTaO3) verwendet.
Thermosäulen (engl. Thermopile) beruhen auf dem thermoelektrischen Effekt: Zwischen zwei verschiedenen, an den Enden verlöteten Metallen entsteht eine Spannungsdifferenz, wenn die Enden unterschiedliche Temperaturen haben. Selbst bei großen Temperaturunterschieden entstehen so nur sehr kleine Thermospannungen. Daher schaltet man mehrere Thermoelemente in Reihe zu Thermosäulen, damit sich die Thermospannungen addieren.
Beide Verfahren beruhen auf der Absorption von Infrarotstrahlung und damit einhergehender Erwärmung. Daher kann die spektrale Empfindlichkeit durch spezielle Beschichtungen eingestellt werden: Je nach verwendetem Material werden andere Wellenlängenbereiche besonders effektiv absorbiert.