DE19606675A1

DE19606675A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren eines Objekts in einem zu überwachenden Bereich

Info

Publication number: DE19606675A1
Application number: DE1996106675
Authority: DE
Inventors: Bodo Dipl Ing Luebbe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-02-22
Filing date: 1996-02-22
Publication date: 1997-08-28
Also published as: WO1997031275A1; NO983249D0; CA2246993A1; EP0883818A1; NO983249L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine entsprechende Anordnung nach dem Ober begriff des Anspruchs 4.

Häufig soll festgestellt werden, ob sich in einem Sicher heits- oder Gefahrenbereich eine Person aufhält oder Gegen stände abgestellt sind. Dies gilt beispielsweise für den Gleisbereich zwischen den Schranken eines schienengleichen Bahnübergangs

Aus der WO 94/23981 ist eine Anordnung zum Detektieren eines Objekts in einem zu überwachenden Bereich bekannt, bei der ein Sender ein hochfrequentes Abfragesignal von einer Seite des Bereichs aus durch diesen hindurch zu einer gegenüber liegenden Seite sendet, wo ein Transponder, bestehend aus einer Antenne und einem daran unter Zwischenschaltung eines Interdigitalwandlers angeschlossenen Oberflächenwellen-Ver zögerungselement, angeordnet ist. In dem Oberflächenwellen- Verzögerungselement wird das in eine Oberfläche umgewandelte empfangene Abfragesignal reflektiert und nach Zurückwandlung in ein elektrisches Signal von der Antenne in Richtung auf die den Sender aufweisende Seite des Bereichs zurückgesandt, wo es von einem Empfänger erfaßt und einer Auswerteeinrich tung zugeführt wird. Befindet sich in dem zu überwachenden Bereich ein Objekt, so wird das abgestrahlte Signal gedämpft. Dies wird in der Auswerteeinrichtung dadurch detektiert, daß das empfangene Signal einen vorgegebenen Schwellenwert unter schreitet. Durch Verwendung mehrerer Oberflächenwellen-Ver zögerungselemente, auch mit unterschiedlichen Verzögerungen, kann der überwachte Bereich verbreitert und auch ein sich darin befindliches Objekt lokalisiert werden.

Schwierigkeiten können dann auftreten, wenn das Abfragesignal nicht nur von dem Transponder, sondern auch von anderen, wei ter entfernten Objekten zurückgestrahlt wird, aufgrund deren Abstand zum Sender sich die gleiche Signallaufzeit und auf grund deren Oberflächenbeschaffenheit sich die gleiche Ampli tude des reflektierten Signals wie bei dem Transponder er gibt. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird in dem deut schen Gebrauchsmuster 94 11 602 vorgeschlagen, das in dem Transponder empfangene Abfragesignal durch Verzögerung in einem Laufzeitelement zu modifizieren, bevor es durch den zu überwachenden Bereich zurückgesandt wird.

Aufgrund von Laufzeitdispersionen bei Oberflächenwellen-Ver zögerungselementen und daraus folgenden breiten Spektral dispersionen kann es bei Verwendung von mehreren Transpondern zu gegenseitigen Beeinflussungen der Spektren kommen, weil die Bandbreite der von den Transpondern zurückgestrahlten modifizierten Abfragesignale zu groß wird. Dies läßt sich entsprechend der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 196 00 691.0 dadurch vermeiden, daß die Modi fikation des Abfragesignals in dem Transponder durch Mischung mit einem Oszillatorsignal erfolgt und daß das durch den zu überwachenden Bereich zurückgesandte modifizierte Abfrage signal mit dem Abfragesignal des Senders gemischt wird, bevor es zur weiteren Auswertung dem Schwellenwertdetektor zuge führt wird.

Ein den bekannten Verfahren bzw. Anordnungen gemeinsames Problem ist die optimale Einstellung des Schwellenwertes, um einerseits eine sichere Detektion von Objekten in dem zu überwachenden Bereich zu ermöglichen und andererseits Fehl detektionen aufgrund zu hoher Detektionsempfindlichkeit zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung erfolgt die Lösung dieses Problems durch das in dem Anspruch 1 angegebene Verfahren und die in dem An spruch 4 angegebene Vorrichtung.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unter ansprüchen zu entnehmen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich durch Temperatur-, Witterungs- oder andere Umwelt einflüsse die Amplitude des empfangenen modifizierten Ab fragesignals ändern kann, ohne daß sich ein zu detektierendes Objekt in dem zu überwachenden Bereich befindet. Diese Ände rungen erfolgen naturgemäß nur sehr langsam, wobei aber auf Dauer beträchtliche Abweichungen zustande kommen können. Der entsprechend der Erfindung gebildete Mittelwert des empfange nen modifizierten Abfragesignals folgt den langsamen Änderun gen dieses Signals. Dementsprechend folgt auch der aus dem Mittelwert erzeugte Schwellenwert mit dem Abstand der vorge gebenen Sicherheitsmarginale diesen langsamen Signaländerun gen. Schnelle Signaländerungen, die durch in den zu über wachenden Bereich eindringende Objekte hervorgerufen werden, wirken sich dagegen verzögert in dem Mittelwert und damit dem Schwellenwert aus, so daß das sich schnell ändernde modifi zierte Abfragesignal den Schwellenwert verletzt und somit eine Alarmauslösung bewirkt.

Damit sich während eines Alarmzustandes der Schwellenwert nicht weiter an den Verlauf des empfangenen modifizierten Abfragesignals anpaßt, wird in vorteilhafter Weise der zu Beginn des Alarmzustandes vorliegende Schwellenwert bis zum Ende des Alarmzustandes eingefroren.

Um zu erreichen, daß trotz Anpassung des Schwellenwertes an die äußeren Gegebenheiten in dem zu überwachenden Bereich ein sich langsam aufbauendes Hindernis, wie z. B. eine Schnee verwehung, erkannt werden kann, wird zusätzlich ein Alarm ausgelöst, wenn der Mittelwert bzw. der daraus erzeugte Schwellenwert einen Grenzwert in Form eines weiteren Schwel lenwertes verletzt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, von denen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung und

Fig. 2 ein Blockschaltbild des die Schwellenwertnachführung betreffenden Schaltungsteils aus Fig. 1 darstellen.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen auf das Vor handensein von Objekten zu überwachenden Bereich 1, auf des sen einer Seite 2 ein Sender 3 angeordnet ist. Der Sender 3 enthält einen Sendeoszillator 4, der ein Ausgangssignal mit einer Sendefrequenz f₁ von beispielsweise 2,5 GHz erzeugt. An dem Sendeoszillator 4 ist ein diesen steuernder Frequenzmodu lator 5 angeschlossen, der die Sendefrequenz f₁ mit einer Modulationsfrequenz von beispielsweise 1 kHz und einem Fre quenzhub von z. B. +/- 6 MHz frequenzmoduliert. Das frequenz modulierte Ausgangssignal des Sendeoszillators 4 wird einem Verstärker 6 zugeführt und anschließend als Abfragesignal über eine Antenne 7 in den zu überwachenden Bereich 1 abge strahlt.

Auf der der Seite 2 des Bereichs 1 gegenüberliegenden Seite 8 ist ein Transponder 9 angeordnet, der das Abfragesignal mit tels einer Antenne 10 empfängt. Das empfangene Abfragesignal wird in einer nachgeordneten Bandfilter- und Verstärkerstufe 11 aufbereitet und anschließend einem Signalmodulator 12 zu geführt, in dem das empfangene Abfragesignal mit dem Aus gangssignal eines Oszillators 13 gemischt wird. Die Oszilla torfrequenz f₂ liegt dabei in einem Frequenzbereich von bei spielsweise 4 bis 7 MHz. Das so modifizierte Abfragesignal mit der Frequenz f₁ +/- f₂ wird anschließend über einen Ver stärker 14 einer Antenne 15 zugeführt und von dieser durch den zu überwachenden Bereich 1 hindurch auf dessen Seite 2 zurückgestrahlt.

Dort ist ein Empfänger 16 angeordnet, in dem das zurück gestrahlte, modifizierte Abfragesignal mittels einer Antenne 17 empfangen und über einen Verstärker 18 einem weiteren Signalmischer 19 zugeführt wird, der außerdem das Ausgangs signal des Sendeoszillators 4 erhält. Durch Mischung beider Signale mit den Frequenzen f₁ +/- f₂ bzw. f₁ erzeugt der Si gnalmischer 19 ausgangsseitig ein Signal, das die Frequenz f₂ des Oszillators 13 des Transponders 9 aufweist. Dieses Signal wird einer Auswerteeinrichtung 20 mit darin enthaltenem Schwellenwertdetektor zugeführt und auf Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes überwacht.

Befinden sich in dem zu überwachenden Bereich 1 keine Objek te, so wird das Abfragesignal beim Durchlaufen des Bereichs 1 mit einem bestimmten Dämpfungsgrad gedämpft. Befinden sich dagegen in dem Bereich 1 irgendwelche Objekte, so ist die Dämpfung des Abfragesignals größer und somit das empfangene modifizierte Abfragesignal schwächer. Der Schwellenwert in der Auswerteeinrichtung 20 ist daher so einzustellen, daß das Ausgangssignal des weiteren Signalmischers 19 bei objekt freiem Bereich 1 über dem Schwellenwert liegt und bei Vor handensein von Objekten den Schwellenwert unterschreitet und dabei die Abgabe eines Alarmsignals A bewirkt.

Fig. 2 zeigt ein detaillierteres Blockschaltbild der Aus werteeinrichtung 20. Diese enthält ein Tiefpaßfilter 21 mit einer Grenzfrequenz von etwa 100 Hz, in dem das von dem Signalmischer 19 kommende Signal von Rauschanteilen befreit wird. Das so erhaltene rauschfreie Signal U wird anschließend in einem Schwellenwertdetektor 22 mit einem Schwellenwert U_ref1 verglichen. Liegt dabei das Signal U unter dem Schwel lenwert U_refl1 so gibt der Schwellenwertdetektor 22 ein Alarm signal A₁ ab, solange dieser Zustand andauert. Der Schwellen wert U_ref1 wird aus dem Signal U abgeleitet, indem dieses ei ner Einrichtung 23 zur Mittelwertbildung zugeführt wird und der dort laufend gebildete Mittelwert M in einer Einrichtung 24 um eine Sicherheitsmarginale zu dem Schwellenwert U_ref1 er gänzt wird. Dabei kann die Sicherheitsmarginale als additive oder multiplikative Größe mit dem Mittelwert M verknüpft wer den. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die Ein richtung 23 zur Mittelwertbildung einen Integrator 25, der eine vergleichsweise große Zeitkonstante von etwa 10 s auf weist. Dem Integrator 25 sind nacheinander ein Analog-/Digi tal-Umsetzer 26, eine digitale Speichereinrichtung 27 und ein Digital-/Analog-Umsetzer 28 nachgeordnet, wobei der Digi tal-/Analog-Umsetzer 28 ausgangsseitig den Mittelwert M be reitstellt. Die Speichereinrichtung 27 wird von einem Takt geber 29 zur taktweisen Übernahme des Signals am Ausgang des Analog-/Digital-Umsetzers 26 mit einer Taktfrequenz von bei spielsweise 1 Hz gesteuert. Durch die Integration des Signals U und die nachfolgende taktweise Übernahme des Integrations ergebnisses wird erreicht, daß schnelle Änderungen des Si gnals U nicht erfaßt und gespeichert werden. Der Mittelwert M und damit der Schwellenwert U_ref1 folgt somit lediglich lang samen Änderungen des Signals U und paßt sich so den äußeren Gegebenheiten des zu überwachenden Bereichs 1 (Fig. 1) an.

Damit aber ein sich langsam aufbauendes Hindernis, z. B. eine Schneeverwehung, in dem Bereich 1 dennoch erkannt werden kann, wird der Mittelwert M, es kann aber auch der Schwellen wert U_ref1 sein, in einem weiteren Schwellenwertdetektor 30 mit einem weiteren Schwellenwert U_ref2 verglichen, der je nach Gegebenheit fest eingestellt werden kann und einen Minimal wert darstellt, unter den der Schwellenwert U_ref1 niemals sin ken darf. Ein Absinken des Schwellenwertes U_ref1 unter diesen Wert führt zur Erzeugung eines weiteren Alarmsignals A₂. Die beiden Alarmsignale A₁ und A₂ werden über ein ODER-Gatter 31 zu dem Alarmsignal A zusammengefaßt.

Damit während eines durch das Alarmsignal A₁ angegebenen Alarmzustandes der Schwellenwert U_ref1 nicht weiter an den mittleren zeitlichen Verlauf des Signals U angepaßt wird, wird in diesem Fall der in der Speichereinrichtung 27 ge speicherte digitale Mittelwert M und damit der daraus resul tierende Schwellenwert U_ref1 eingefroren, indem das Alarm signal A₁ über einen steuerbaren Schalter 32 die Taktsteue rung der Speichereinrichtung 27 sperrt.

Claims

1. Verfahren zum Detektieren eines Objekts in einem zu über wachenden Bereich (1), wobei von einer Seite (2) des Bereichs (1) durch diesen hindurch ein hochfrequentes Abfragesignal zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite (8) des Bereichs (1) gesendet wird, dort in einem Transponder (9) empfangen, modi fiziert und durch den Bereich (1) hindurch zu der ersten Seite (2) zurückgesandt wird und wobei das modifizierte Ab fragesignal auf der ersten Seite (2) des Bereichs (1) empfan gen und mit einem Schwellenwert (U_ref1) verglichen wird, bei dessen Verletzung ein Alarmsignal (A₁) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von dem mit dem Schwellenwert (U_ref1) verglichenen Signal (U) laufend ein Mittelwert (M) gebildet wird, aus dem unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Sicherheitsmarginale der Schwellenwert (U_ref1) erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Auftreten des Alarmsignals (A₁) erzeugte Schwel lenwert (U_ref1) bis zum Ende des Alarmsignals (A₁) beibehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß ein weiteres Alarmsignal (A₂) erzeugt wird, wenn der Mittelwert (M) oder der daraus erzeugte Schwellen wert (U_ref1) einen weiteren Schwellenwert (U_ref2) verletzt.

4. Anordnung zum Detektieren eines Objekts in einem zu über wachenden Bereich (1)

- mit einem auf einer ersten Seite (2) des Bereichs (1) an geordneten Sender (3), der durch den Bereich (1) hindurch ein hochfrequentes Abfragesignal zu einer gegenüberliegen den zweiten Seite (8) des Bereichs (1) sendet,
- mit einem auf der zweiten Seite (8) des Bereichs (1) an geordneten Transponder (9), der das Abfragesignal empfängt und in modifizierter Form durch den Bereich (1) hindurch zu der ersten Seite (2) des Bereichs (1) zurücksendet, und
- mit einem auf der ersten Seite (2) des Bereichs (1) an geordneten Empfänger (16), der das modifizierte Abfrage signal empfängt und einer Auswerteeinrichtung (20) mit einem Schwellenwertdetektor (22) zuführt, der im Falle einer Schwellenwertverletzung ein Alarmsignal (A₁) erzeugt, gekennzeichnet durch:
- eine Einrichtung (23), die aus dem dem Schwellenwertdetek tor (22) zugeführten Signal (U) laufend einen Mittelwert (M) bildet, und
- eine nachgeordnete weitere Einrichtung (24), die aus dem Mittelwert (M) unter Berücksichtigung einer Sicherheits marginale den Schwellenwert (U_ref1) erzeugt und diesen dem Schwellenwertdetektor (22) zuführt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (23) zur Mittelwertbildung einen Integra tor (25) mit vorgegebener Zeitkonstante enthält.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine der Einrichtung (23) zur Mittelwertbildung nach geordnete und mit dem Alarmsignal (A₁) steuerbare Speicher einrichtung (27) zur Speicherung des beim Auftreten des Alarmsignals (A₁) erzeugten Mittelwerts (M) oder des daraus erzeugten Schwellenwerts (U_ref1) während der Dauer des Alarm signals (A₁)

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Speichereinrichtung (27) von einem Taktgeber (29) zur taktweisen Übernahme des laufend gebildeten Mittelwerts (M) oder des erzeugten Schwellenwertes (U_ref1) gesteuert ist und
- daß der Takt durch das Alarmsignal (A₁) während seiner Dauer abschaltbar ist.

8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch deinen weiteren Schwellenwertdetektor (30), dem eingangsseitig der Mittelwert (M) oder der daraus erzeugte Schwellenwert (U_ref1) zugeführt wird und der im Falle der Verletzung eines weiteren Schwellenwertes (U_ref2) ein wei teres Alarmsignal (A₂) erzeugt.