DE2403052C3 - Ortsunabhängiges IR-Puls-Überwachungsgerät mit Alarmsignalgabe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Überwachungsgerät, bei dem mittels Veränderungen der Strahlungsverhältnisse zwischen einem gepulsten IR-Sender mit gerichteter Strahlung und einem mit einer vom Sender abgeleiteten Referenzspannung arbeitenden Empfänger, die eine bauliche Einheit bilden, Alarmsignale ausgelöst werden.

Durch die niederländische Offenlegungsschrift 71 02 674 (DT-OS 21 09 859) ist ein Überwachungsgerät der eingangs genannten Art bekanntgeworden, das mit einem Phasenvergleich der nach Reflexion empfangenen Strahlung mit der Referenzspannung arbeitet. Hierzu brauchen die Amplitudenverhältnisse nur ausreichend zu sein, um die Frequenzen der Spannungen zu ermitteln. Auf der anderen Seite ruft jede Frequenzstrahlung, die stärker als die reflektierte Strahlung ist, einen Alarm hervor. Um die Wirkungen der gerätebedingten Phasendifferenzen auszuschalten, die ebenfalls Alarm verursachen wurden, sind beim Bekannten außerdem Logikstufen vorgesehen. Diese können jedoch nicht verhindern, daß im überwachten Raum auch Phasenbedingungen auftreten können, die keinen Alarm auslösen, obgleich sich die Reflexionsverhältnisse, für die das Gerät eingestellt ist, ändern bzw. geändert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein installations- und ortsunabhängiges Überwachungsgerät zu schaffen, das in einfacher Weise den verschiedenen Überwachungsvorgängen, wie z. B. bei Diebstahl- und Einbruchssicherungen, oder Alarmierungen weitestgehend störungssicher angepaßt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Empfänger in seiner Ausgangsamplitude einstellbar ist und die Empfängerausgangssignalimpulsspannung mit der vom Sender abgeleiteten einstellbaren Referenzsignalspannung in einem mit der Pulsfrequenz des Senders getakteten Amplitudenkomparator derart verglichen wird, daß erst bei Änderung der bei der Empfängereinstellung gegebenen Reflexionsverhältnisse aus der Komparatordifferenz ein Alarmsignal abgeleitet wird.

Abgesehen von den kleinen geometrischen Abmessungen und dem niedrigen Gewicht besteht der Vorteil des Überwachungsgerätes darin, daß die Empfindlichkeit sehr genau eingestellt und angepaßt werden kann und die hohe Betriebssicherheit und Störungssicherheii verbunden mit sehr kleinen Falschalarmraten erhalten bleiben. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß mehrere Überwachungsgeräte unabhängig voneinander z. B. ir großen Räumen oder bei extremem Sicherheitsbedürfnis ohne gegenseitige Beeinflussung betrieben werdet können, da die Wahrscheinlichkeit sehr gering ist, daO die Geräte mit oxakt gleicher Pulsfolgefrequenz unc zudem noch gleicher Phase arbeiten.

Infolge der hohen Selektivität und der hoher Leistungsfähigkeit ist das Gerät unabhängig vor speziellen Eigenschaften von Reflexionsflächen. Zurr Beispiel können auch einzelne Schranktüren od. dgl gesondert überwacht werden.

Die Zeichnung stellt ein Ausfüh ungsbeispiel dar. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschallbild,

F i g. 2a, 2b schematische Geräteansichten,

F i g. 3 eine Schaltungsanordnung des Senders, F i g. 4 eine Schaltungsanordnung des Empfängers,

F: g. 5 eine Schaltungsanordnung des Komparator,

Fig. 6 eine Schaltungsanordnung der Batteriekontrolle.

Nach Fig. 1 besteht der Sendeteil aus einer Multivibratorstufe 1, einer Pulsformerstufe 2 und einer IR-Lichtquelle 3, z.B. eine Lumineszenz-Diode oder Laser-Diode. Mittels einer Optik 4 wird ein Strahl mit definiertem öffnungswinkel auf die reflektierende Szene 5 gerichtet. ,₅

Von der IR-Lichtquelle 3 wird gleichzeitig Licht auf eine Photo-Diode 6 gegeben, so daß von dieser Diode in einer Stufe 6' eine Referenzsignalspannung abgeleitet werden kann, die einem getakteten Komparator 7 zugeführt wird, dessen anderer Eingang an einen Vorverstärker 8 im Empfängerteil für die von einer Empfangsdiode 9 mit davorliegender Optik 10 abgegebenen Spannungen angeschlossen ist. Der aas zwei vom Multivibrator 1 taktmäßig angesteuerten Differenzverstärkern bestehende Komparator 7 liefert über einen Pulsformer 11, in dem gleichzeitig Rauschanteile unterdrückt werden, eine entsprechende imoulsspannung, die einer Integratorstufe mit Auswertevorrichtung zugeführt wird, deren Wirkungsweise später beschrieben wird.

Hinter der Integratorstufe 12 liegt eine Haltschaltungsstufe 13, an die eine Ansteuerstufe für einen z. B. akustischen Alarmgeber 14 angeschlossen ist. Ferner ist eine Batteriekontrollstufe 16 vorgesehen, durch die z. B. ein Flackersignal oder ein Alarmsignal ausgelöst werden kann, wenn die Batterien der Stromversorgung 17 nachlassen. Die Stromversorgung kann gegebenenfalls auch über ein Netzanschlußgerät erfolgen.

Zur Justage des Gerätes dient das Potentiometer 8'. Das an seinem Einsatzort aufgestellte Gerät wird so justiert, daß gerade kein Alarmsignal ausgelöst wird. Zur Kontrolle kann ein beliebiger Gegenstand in den Strahlengang gebracht werden. Dann muß das Alarmsignal ausgelöst werden.

Ferner kann noch ein Schalter 52 vorgesehen sein, der durch Betätigung ein sogenanntes »Scharfmachen« des Gerätes gestattet; d. h. nach der [ustage vergehen einige Sekunden, bis das Gerät ansprechbereit ist, so daß ein das Gerät Einstellender sich ohne Alarmgabe durch den Strahlengang bewegen kann.

Zweckmäßig werden die Bedienungselemente so eingerichtet, daß sie von Unbefugten ohne Alarmauslösung nicht betätigt werden können. Ein einmal ausgelöster Alarm kann z. B. von Unbefugten nicht beeinflußt werden.

Wie aus Fig. 2a, 2b ersichtlich, sind sämtliche Bausteine des Gerätes in einem flachen Gehäuse G etwa von der Größe eines normalen Buches untergebracht. Die einzelnen Stufen sind auf einer innerhalb des Gehäuses befestigten Printplatte Pl geschaltet, während die Kammern für die Sendediode SD und die Empfängerdiode ED gut voneinander abgeschirmt und durch eine Wand W isoliert sind, auf der die Empfängerdiode 6 für die Referenzsignale angebracht ist.

Die z. B. aus geeigneten Kunststoffiinsen bestehenden Optiken 4 und 10 sind in der längeren Gehäuseflachseite Fl montiert, die auch das Kontrollämpc^cn KL enthalten kann. A»f der kürzeren Gehäuseflachseite F2 sind die Drucktastenschalter 51, S2 und das Einstellpotentiometer 8' angeordnet, so daß die Aufstellung des Gerätes hochkam (F2, F2') oder flach (FIl, FIi') erfolgen kann.

Die Kammer BK dient zur Aufnahme von Trockenbatterien, aus denen die Betriebsspannungen V des gesamten Gerätes entnommen werden. Der interne akustische Alarmgeber 14 soll einen ausreichenden Lautstärkepegel als durchdringendes Alarmsignal erzeugen.

Bei de; aus Fig.⁷ ersichtlichen Schaltungsanordnung für den Sendeteil liefert ein Transistormultivibrator TMVüber Transistorstufen Ti und 72, mit denen die IR-Sendediode SU angesteuert wird, sehr kurze Impulse, so daß ein Strahl von sehr kurzen energiereichen Impulsen von unsichtbarem IR-Licht rhythmisch im Takte von z. B. 100 Hz entsteht. Von der Transistorstufe Tl werden gleichzeitig über Leitung TTaktimpuise für den Differenzverstärker des Komparaiors 7 (F i g. 5) abgenommen.

Das Tastverhältnis der IR-Lichtquelle ist so klein gewählt, daß bei hoher Strahlungsleistung im Puls ein niedriger Stromverbrauch der Sendeschaltung resultiert. Die Pulsfolgefrequenz ist so gewählt, daß bewegte Gegenstände noch gut und sicher entdeckt werden können, und daß fremde pulsierende Lichtquellen, z. B. Leuchtstofflampen, außerhalb der Pulsfolgefrequenz liegen.

Die Verstärkerschaltungsanordnung nach F i g. 4 besteht aus der IR-Empfangsdiode ED mit kapazitiv angekoppeltem Transistorverstärker TV, dessen Ausgangsspannung durch das bereits erwähnte Einstellpotentiometer 8' einstellbar ist. Die als Detektor dienende Empfangsdiode ist kapazitiv an den Eingangsverstärker angekoppelt. Dadurch kann das Gerät von Gleichlicht — selbst relativ hoher Intensität — nicht gestört werden. Durch den Einsatz von Silizium-Empfangsdioden und deren Betrieb in Sperrichtung ist es möglich, einen linearen Arbeitsbereich in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke von etwa 6 Zehnerpotenzen zu gewährleisten. Damit ist die Funktion der Schaltung praktisch unabhängig von der Umgebungsbeleuchtung.

Der Komparator 7 besteht nach der in Fig. 5 angegebenen Schaltungsanordnung aus zwei Differenzverstärkern mit den Stufen D 1, D 2, denen über Leitung A die Ausgangsspannung des Transistorverstärkers T\ des Empfängerteils und über Leitung B die von der Diode 6 abgeleitete mittels eines Potentiometers PC einstellbare Referenzsignalspannung zugeleitet wird Die zum Amplitudenvergleich benutzten Differenzverstärker D 1, D 2 werden über die Leitung Tim Takte dei Sendeimpulse geschaltet. Damit wird sichergestellt, daC nur die vom eigenen Gerät ausgesendeten Lichtimpulsc zur Verarbeitung kommen können, und die Anordnung gewinnt eine hohe Selektivität und damit Störsicherheit

Nach Pulsformerstufen 11,11', mit denen Störspitzet innerhalb der aktiven Komparatorzeit unterdrück werden, folgt die Integratorstufe 12, welche dafür sorgt daß der Alarm erst dann ausgelöst wird, wenn di< Vergleichsschaltung mehrere aufeinanderfolgende Im pulse liefert. Durch diese Anordnung steigt di< Sicherheit

en falschen A%!ärrrj erheblich.

Am Ausgang des Transistors T3 iiegt einerseits eint Transistorstufe Tr für die Betätigungeines Relais /?un< andererseits eine Buchse DB, über die ein äußere Alarmgeber angesteuert werden kann, gegebenenfall: parallel oder gesondert zum internen Alarmgeber.

Wenn das Relais erregt wird, was immer dann erfolgt, wenn die bei der Justage des Gerätes auf Null abgeglichenen Differenzverstärker DX, D2 durch veränderte Empfangsverhältnisse eine Ausgangsspannung abgeben, wird der Relaiskontakt r 1 betätigt, der den akustischen Alarmgeber 14 auslöst.

Die einfache Bedienbarkeit des Gerätes wird durch den Einsatz von nur 3 Bedienelementen erreicht.

Für die Anpassung des Gerätes an eine beliebige^s Szene ist die Betätigung des Einschalters Sl und die Einstellung mit dem Potentiometer 8' erforderlich, so daß die in dieser Stellung wirksame Kontrollampe KL erlischt.

Eine spezielle Schaltung läßt in dieser Schalterstellung die Kontrollampe KL flackern, wenn die zulässige

Batteriespannung unterschritten wird. Die Schaltung besteht z. B. nach F i g. 6 aus dem Transistormultivibrator MV1 und dem Referenzspannungsgeber R VG.

Über einen weiteren Schalter 52(F i g. 5) läßt sich das Gerät »scharf« machen. Dazu wird statt der Kontrolllampe KL der Alarmgeber eingeschaltet und außerdem die Rückkopplung der Selbsthaltescnaltung von 73 geschlossen.

Darüber hinaus lassen sich Einschaltverzögerung und Einschaltdauer des Alarmsignals mit 52 in Funktion setzen.

Das Alarmgerät als Basisgerät für weitere Anwendungsfälle kann vielseitig erweitert werden, z. B. durch Anschluß von externen Alarmgebern, drahtlosen Signalübertragern, optischen Anzeigern, Zählern usw.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Überwachungsgerät, bei dem mittels Veränderungen der Strahlungsverhältnisse zwischen einem gepulsten Infrarot-Sender mit gerichteter Strahlung und einem mit einer vom Sender abgeleiteten Referenzspannung arbeitenden Empfänger, die eine bauliche Einheit bilden, Alarmsignale ausgelöst werden, dadurch gekennz;ichnet, daß der Empfänger (9, 8) in seiner Ausgangsamplitude einstellbar (8') ist und die Empfängerausgangssignalimpulsspannung (A) mit der vom Sender (3) abgeleiteten einstellbaren Referenzsignalspannung (B) in einem mit der Pulsfrequenz des Senders getakteten (T) Amplitudenkomparator (7) derart verglichen wird, daß erst bei Änderung der bei der Empfängereinstellung gegebenen Reflexionsverhältnisse aus der Komparatordifferenz ein Alarmsignal abgeleitet wird.

2. Überwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (7) des Empfängers aus zwei Differenzverstärkerstufen (Dl, D2) besteht, deren einen Eingängen parallel die Empfängerausgangssignalspannung (A) und deren anderen Eingängen parallel die einsteilbare Referenzsignalspannung (B) zugeführt wird, während an die Ausgänge parallel die Taktspannung (T) des Senders angelegt ist.

3. Überwachungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den zusammengeschalteten Ausgängen der Differenzverstärkerstufen (D 1, D2) ein Integrationsglied(12) liegt.

4. Überwachungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Transistorausgang des Integrationsgliedes (12) eine Ansteuerstufe T_r für ein Relais (R) od. dgl. und eine Anschlußbuchse (DB) angeschlossen ist.

5. Überwachungsgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alarmgeberstufe (14) mittels einer in der Komparatorstufe (7) betätigten Schaltanordnung ansteuerbar ist und wahlweise statt des akustischen Alarmgebers (14) eine Kontrollampe (KL) einschaltbar ist.

6. Überwachungsgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Alarmgeberstufe (14) ein Justageschalter vorgesehen ist.

7. Überwachungsgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß am Gerät ein Schalter (52) vorgesehen ist, der die Betriebsbereitschaft des eingestellten Gerätes um kurze Zeit verzögert.

8. Überwachungsgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kammern für die Sendediode (SD) und Empfangsdiode (9; ED) abschließenden Optiken (4, 10) aus Kunststofflinsen bestehen, die in einer Randfläche (F 1) des Gerätes angebracht sind.

9. Überwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Stromversorgung die Stromquellen mit dem Gerät eine bauliche Einheit bilden (17).

10. Überwachungsgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Alarm nach einer vorgegebenen Zeit sich von selbst abschaltet und das Gerät von neuem ansDrechbereit ist.

11. Überwachungsgerät nach Anspruch 1, oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die gepulste IR-Strahlung von einer Lumineszenz-Diode (SD)abgegeben wird.