DE2423277C2

DE2423277C2 - Mit Ultraschall nach dem Doppler-Prinzip arbeitende Raumschutzanlage

Info

Publication number: DE2423277C2
Application number: DE19742423277
Authority: DE
Inventors: Miloslav Männedorf Zürich Novotny
Original assignee: Cerberus AG
Current assignee: Cerberus AG
Priority date: 1973-06-25
Filing date: 1974-05-14
Publication date: 1982-06-16
Also published as: CH556070A; DE2423277A1

Description

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wobei V_s die Schallgeschwindigkeit ist. Der Faktor k ist bei Reflex-Anlagen = 2. Bei den normalerweise zu erwartenden Radial-G'eschwindigkeiten im Bereich von 0,2 bis 0,8 m/s liegen diese Frequenzverschiebungen bei 20 kHz etwa im Bereich von 234 Hz bis 94 Hz.

Bekannte Ultraschall-Raumschutz-Anordnungen sind eingerichtet ein Alarmsignal zu geben, wenn vom Ultraschall-Empfänger eine Dopplerfrequenz in einem bestimmten Bereich, z. B. von 10 bis 200 Hz, wahrgenommen wird. Solche Geräte sind jedoch relativ störanfällig, da ähnliche Frequenzverschiebungen auch durch andere Einwirkungen entstehen können, z. B. Luftturbulenzen, durch fliegende Insekten, durch Einstreuung der einfachen oder doppelten Netzfrequenz, durch äußere Geräusche oder durcn !Instabilität des Oszillators. Es ist bereits versucht worden, die Fehlalarmanfälligkeit herabzusetzen, indem lediglich ein schmaleres Frequenzgebiet zur Auswertung herangezogen wurde, oder daß tiefe Frequenzen, die vorzugsweise von Luftturbulenzen herrühren, abgeschnitten werden. Dies kann jedoch zur Folge haben, daß überhaupt kein Alarm ausgelöst wird, wenn die entsprechende Bewegungsgeschwindigkeit bei einem Einbruchsversuch zufällig nicht vorkommt.

Aus der DE-OS 22 58 043 ist bereits eine Ultraschall-Raumschutzanlage bekannt, deren Auswerteschaltung zwei Frequenzkanäle aufweist. Die Durchlaßbereiche beider Frequenzkanäie überschneiden sich jedoch bei höheren Doppler-Frequenzen. Ein Störsignal in diesem Frequenzbereich beaufschlagt daher beide Frequenzkanäle und kann einen Fehlalarm auslösen.

Es besteht demnach immer noch ein Bedürfnis zur Schaffung einer Ultraschall-Raumschutz-Anordnung, welche störungsunanfällig und fehlalarmsicher ist, jedoch bei einem Einbruchsversuch, d. h. bei der Bewegung eines Menschen im überwachten Raum, sicher anspricht. Es ist die Aufgabe vorliegender Erfindung, eine solche Anlage zu schaffen.

Dies gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß der Durchlaßbereich eines der Frequenzkanäle unterhalb der Netzfrequenz (50 - 60 Hz) und der Durchlaßbereich eines weiteren Frequenzkanals oberhalb der Netzfrequenz (50-60 Hz) liegt.

Es sind zwar auch schon Flammendetektoren bekannt (CH-PS 5 37 066, CH-PS 5 09 633), mit denen sich Flammen an einem beliebigen Ort feststellen lassen, der ein geschlossener Raum, freies Gelände oder eine Verbrennungsanlage sein kann. Bei solchen bekannten Flammendetektoren geht es jedoch darum, eine echte Flamme von Störstrahlung, z, B. Sonnen- oder Tageslicht, künstlichen lichtquellen usw. sicher zu trennen, während es sich bei vorliegender Raumschutzanlage . darum handelt, Irequenzverschiebungen, die in einem Ultraschallfeld, ζ. B. durch Luftturbulenzen, durch fliegende Insekten, durch Einstreuung der Netzfrequenz, durch äußere Geräusche oder Unstabilität des Oszillators auftreten können, von echten Doppier-Frequenzverschiebungen, die von der Bewegung einer Person herrühren, sicher und zuverlässig zu unterscheiden. Zwar werden sowohl in dem einen als auch in dem anderen Falle zwei verschiedene Frequenzauswertekanäle verwendet, die jedoch bei der erfindungsgemäßen Raumschutzanlage Auswertekanäle für Doppler-Frequenzverschiebungen akustischer Schwingungen sind, während bei den vorbekannten Flammendeiekloren Licht oder Infrarotstrahlung, d. h. optische Schwingungen ausgewertet werden. Ferner gilt es bei der Raumschutzanlage gemäß der Erfindung, die Bewegung einer Person in einem von einem Ultraschallsender erzeugten Ultraschallfeld festzustellen, während bei den vorbekannten Flammendetektoren die von einer Flamme ausgehende elektromagnetische Strahlung im sichtbaren oder infraroten Bereich rein passiv nachgewiesen wird.

Die Erfindung wird anhand der in den F i g. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert Die F i g. 1 und 2 sowie 5 und 6 zeigen Blockschemata und F i g. 3 und 4 Beispiele für die Frequenzkanal-Anordnung erfindungsgemäßer Raumschutzanlagen.

Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Raumschutzanlage wird von einem Sender S Ultraschall mit einer bestimmten Frequenz /Ίη den überwachten Raum abgestrahlt Von einem bewegten Objekt Rz.B. einem Einbrecher, wird der Ultraschall mit einer entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit geänderten Frequenz (f + Jf) auf das Mikrophon M reflektiert, dessen Signal einem Demodulator Ό zugeführt wird. An dessen Ausgang tritt nur noch ein Signal der Frequenz ^Z" auf. Dieses Frequenzverschiebungssignal wird zwei parallelen Frequenzfiltern 1 und 2 zugeführt Die mit den Ausgängen dieser Bandpaßfilter 1 und 2 verbundene Alarmeinrichtung A kann nur dann ein Alarmsignal geben, wenn in wenigstens einem der Frequenzkanäle das von der Bewegung eines Objektes im überwachten Raum herrührende Frequenzverschiebungssignal einen Schwellenwert übersteigt. Die Alarmeinrichtung kann eine Zeitverzögerungs- oder Integrationsvorrichtung enthalten, welche nur dann ein Alarmsignal auszulösen gestattet, wenn die detektierte Bewegung von bestimm ter Dauer ist.

In gleicher Weise enthält auch das in Fig.2 dargestellte Ausführungsbeispiel zwei verschiedene Bandpaßfilter 1 und 2, welche gemeinsam von einem Mikrophon Λ/ein Signal erhalten. Der Durchlaßbereich Fi des Bandpaßfilters 1 liegt, wie in Fig.3 und 4 dargestellt, unterhalb der Netzfrequenz (50 oder 60 Hz), während der Durchlaßbereich F₁ des Bandpaßfilters 2 zwischen der einfachen und doppelten Netzfrequenz liegt, z. B. zwischen 6C und 100 Hz.

Die Ausgänge beider Bandpaßfilter sind mit den Eingängen je einer Speichereinrichtung 3 und 4, z. B.

monostabiler Flip-Flop« verbunden, an deren Ausgängen während einer vorbestimmten Zeitspanne ein Signal auftritt, wenn Ober das entsprechende Bandpaßfilter ein einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigendes Signal eingetroffen war. Die Ausgänge beider Speichereinrichtungen 3 und 4 sind mit den Eingängen eines Und-Tores 5 verbunden, dessen Ausgang ein Alarmgerät A steuert

Die beschriebene Raumschutzanlage macht sich die Tatsache zunutze, daß bei der Bewegung einer menschlichen Person sich die einzelnen Körperteile verschieden schnell bewegen und daher bei der Bewegung eines Menschen stets ein breites Frequenzspektrum auftreten wird. Außerdem wird sich ein Einbrecher nie über längere Zeit mit der gleichen radialen Geschwindigkeit bewegen. Innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne werden also außerdem nacheinander verschiedene Dopplerfrequenzen eintreffen. Bei den üblichen Störungen ist dies jedoch meist nicht der Fall. Eine Raumschutz-Anordnung der beschriebenen Art spricht also selek^ver auf menschliehe Personen an als vorbekannte Anlag'-n.

Weiter ist vcn erheblichem Vorteil, daß die Frequenzbereiche so gelegt werden, daß die Netzfrequenz ausgebildet wird und Störungen durch induzierte Netzspaanungen von vorneherein vermieden werden, wodurch die Fehlalarmsicherheit weiter verbessert wird.

Weiter ist es selbstverständlich möglich, zur Erzielung einer noch besseren Selektivität für die Bewegung eines menschlichen Körpers weitere Frequenzbereiche auszuwerten, z. B. wie in F i g. 3 dargestellt, einen weiteren Bereich F3 oberhalb der doppelten Netzfrequenz (100 bzw. 120 Hz).

Um tiefe Frequenzen die von Luftturbulenzen herrühren können möglichst scharf abzuschneiden und die Netzfrequenz möglichst stark zu dämpfen, empfiehlt es sich, möglichst schmalbandige Frequenzfilter mit Bandbreiten von ca. 2-5 Hz oder einem VerhältrJs von Bandbreite zu Mittenfrequenz von höchstens 1 :5 zu verwenden. In diesem Fall können weitere Bandpaßfilter 13 wie in F i g. 4 gezeigt auch im gleichen Gebiet, z. B. 0-50Hz oder 60-100Hz, wie die Filter Fi und F₂, vorgesehen sein. Bei schmalen Filtern ergibt sich weiter der Vorteil, daß ohne Schaltungs-Änderungen gleichzeitig mehrere mögliche Netzfrequenzen, z. B. 50 Hz in Europa und 60 Hz in USA, eliminiert werden können. Darüberhinaus bewirkt eine große Steilheit der Filter, wie erwähnt, daß Luftturbulenzen keinen Einfluß haben und weiterhin, daß Frequenzänderungen des Senders während der Übertsagungszeit des Ultraschalles unwirksam sind und keinen Fehlalarm auslösen können. An den Sender können afao geringere Stabilitäts-Anforderun^eii gestellt werden.

Als besonders günstig erweist es sich, die Ansprechempfindlichkeit wenigstens eines der ausgewerteten Freqenzbereiche regelbar zu machen, um eine leichte Anpassung an Umgebungsbedingungen und verschiedene örtliche Verhältnisse zu gestatten. Ein solche Empfindlichkeits-Regelung kann auch automatisch erfolgen in Abhängigkeit vom allgemeinen Störniveau im entsprechenden Frequenzbereich.

F i g. 5 zeigt das Blockschema einer Raumschutzanlage entsprechend F i g. 1 mit einer solchen automatischen Empfindlichkeitsregelung. Die Schaltung enthält zusätzlich einen Frequenzkanal T, v/elcher zweckmäßigerweise unterhalb 50 Hz liegt, wenn möglich vollständig unterhalb von 20 Hz. Das in diesem Frequenzbereich

auftretende Störniveau wird über eine Regeleinrichtung R zur Steuerung der Empfindlichkeit der beiden Frequenzfilter 1 und 2 verwendet. Die Anwendung des gleichen Verfahrens zur Empfindlichkeitsregelung der beiden Frequenzkanäle 1 und 2, jedoch auf eine Schaltung entsprechend Fig.2 zeigt das in Fig.6 dargestellte Schaltschema. Wiederum ist ein separater Frequenzkanal T vorgesehen, wobei das Störniveau in diesem Frequenzkanal von einer Regeleinrichtung R zur Empfindlichkeitssteuerung der beiden 'Frequenzkanäle 1 und 2 benützt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mit Ultraschall nach dem Doppler-Prinzip arbeitende Raumschutzanlage mit mindestens einem Ultraschall-Sender, mindestens einem Ultraschall-Aufnehmer und einer damit verbundenen Auswerteschaltung, welche ein Alarmsignal auslöst, wenn unter den vom Aufnehmer aufgenommenen Ultraschall-Schwingungen in bestimmter Weise gegen die ι ο Sendefrequenz frequenzverschobene Schwingungen auftreten, wobei die Auswerteschaltung wenigstens zwei Frequenzkanäle mit verschiedenen Durchlaßbereichen für die Frequenzverschiebungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der DurchlaBbereichfFl) eines der Frequenzkanäle (1) unterhalb der Netzfrequenz (50—60 Hz) und der Durchlaßbereich (F2) eines weiteren Frequenzkanals (2) oberhalb der Netzfrequenz (50-60 Hz) liegt

2. Raumschutzanla.ge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßbereiche (Fl, F2) der beiden Frequenzkanäie (i, 2) irn Gebiet zwischen 20 und 50 Hz bzw. im Gebiet zwischen 60 und 100 Hz liegen.

3. Raumschutzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreiten der Frequenzkanäle (1, 2) kleiner ils ein Fünftel der mittleren Durchlaßfrequenz sind.

4. Raumschutzanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreiten der Frequenzkanäle (1, 2) zwischen 2 und 5 Hz betragen.

5. Raumschurzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Auswerteschaltung wenigstens zwei Bandpaßfilter (1, 2) mit verschiedenen Durchlaßbercicher (Fl, F2) sowie je eine mit deren Ausgang verbundene Speichereinrichtung (3, 4) und ein Und-Tor (5) aufweist, dessen Eingang mit den Ausgängen der beiden Speichereinrichtungen und dessen Ausgang mit einer Alarmeinrichtung (A) verbunden ist.

6. Raumschutzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen (3,4) als monostabile Schaltvorrichtungen ausgebildet sind, die ein Ausgangssignal während eines vorbestimmten Zeitraumes abgeben, wenn ein einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigendes Eingangssignal aufgetreten ist.

7. Raumschutzanlage nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Schwellenwerte einstellbar ist.

8. Raumschutzanlage nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwerteinstellung automatisch in Abhängigkeit von den im Durchlaßbereich (FX, F2) des zugehörigen Frequenzkanals (1,2) auftretenden Störsignalen erfolgt.

9. Raumschutzanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwerteinstellung automatisch in Abhängigkeit von den Störsignalen in einem weiteren, getrennten Frequenzkanal (T)mit einem Durchlaßbereich unterhalb der Netzfrequenz erfolgt.

10. Raumschutzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Frequenzkanal (T) unterhalb von 20 Hz liegt.

65 Die Erfindung betrifft eine mit Ultraschall nach dem Doppler-Prinzip arbeitende Raumschutzanlage mit mindestens einem Ultraschall-Sender, mindestens einem Ultraschall-Aufnehmer und damit verbundener Auswerteschaltung, welche ein Alarmsignal auslöst, wenn unter den vom Aufnehmer aufgenommenen Ultraschall-Schwingungen in bestimmter Weise gegen die Sendefreuenz frequenzverschobene Schwingungen auftreten, wobei die Auswerteschaltung wenigstens zwei Frequenzkanäle mit verschiedenen Durchlaßbereichen für die Frequenzschiebungen aufweist

Bei bekannten mit Ultraschall arbeitenden Raumschutzanlagen der genannten Art wird ausgenützt, daß bei der Bewegung einer Person in einem von einem Ultraschallfeld erfüllten Raum das Feld geändert wird. Insbesondere treten durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Eindringlings infolge des Dopplereffektes Frequenzverschiebungen auf, wobei die Frequenzabweichung Af von der radialen Geschwindigkeit V des bewegten Gegenstandes und der Sendefrequenz f abhängig ist. Es gilt der Zusammenhang