DE2624035C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Bruchermittlung an einer Glasscheibe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bruchermittlung an einer Glasscheibe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so-vie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Aus der DE-OS 20 56 015, der DE-OS 24 31 999 und der CH-PS 5 57 068 sind Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Bruchermittlung einer Glasscheibe bekannt, bei denen an einer Stelle einer Glasscheibe Schallwellen erzeugt werden, von der Glasscheibe Schallwellen zur Bildung von Signalen wieder abgenommen werden und aus den Signalen ein Alarmsignal abgeleitet wird.

Gemäß der DE-OS 20 56 015 wird mit dem gebildeten Signal entweder die Amplitude einer über die Glasscheibe übertragenen Schallwelle und damit das Übertragungsverhalten der Glasscheibe überwacht oder das gebildete Signal unter Verstärkung zur Schallwellenerzeugung herangezogen, wobei die Glasscheibe im Rückkopplungsweg eines Verstärkers liegt und mit ihrem Resonanzverhalten die Frequenz und die Amplitude der Schallwellen und damit des gebildeten Signals bestimmt, das zur Alarmabgabe auf eine Abweichung der Frequenz und/oder der Amplitude von einem Sollwert überwacht wird. An diesem bekannten Verfahren bzw. dieser bekannten Vorrichtung ist nachteilig, daß eine Änderung des Übertragungsverhaltens und insbesondere des Resonanzverhaltens der Glasscheibe zu einer Alarmabgabe auch dann führt, wenn sie nicht auf einen Glasbruch, sondern auf mechanische Dämpfung der Glasscheibe durch Berührung, Benetzung, Beschichtung oder Bemalung zurückzuführen ist.

Bei dem aus der DE-OS 24 31999 bekannten Vorrichtung wird die erzeugte Schallwelle gleichfalls durch die Glasscheibe hindurch zu einer zweiten Stelle geführt und dort zur Signalbildung abgenommen, wobei zur Alarmabgabe an dem Signal überwacht wird, ob die an der Glasscheibe erzeugte Schallwelle in ausreichender Stärke abgenommen wird und ob der erzeugten Schallwelle einer ersten Frequenz in der Glasscheibe beim Brechen des Glases eine Schallwelle mit einer für das Brechen des Glases charakteristischen zweiten Frequenz zugemischt wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung gilt hinsichtlich des Durchlaßverhaltens der Glasscheibe das vorangehend Ausgeführte, während hinsichtlich der beim Brechen des Glases zugemischten Schallwelle einer zweiten Frequenz der Nachteil besteht, daß außer beim Brechen auch bei Berührung des Glases mit Metall od. dgl. eine Schallwelle ähnlicher Frequenz entsteht, was zu einem Fehlalarm führen

würde.

Bei dem Verfahren bzw. der Vorrichtung nach CH-PS 5 57 068 wird in die Glasscheibe an einer Stelle eine modulierte Schallwelle eingeleitet, die nach Durchlaufen der Glasscheibe an einer zweiten Stelle zur Signalbildung abgenommen wird. Anhand des Signals wird die Veränderung der Modulation durch das Durchlaufen durch die Glasscheibe, nämlich die Modulationslaufzeit überwacht, die auf das Übertragungsverhalten der Glasscheibe zurückzuführen ist, welches in seiner Auswirkung 3üf die Modulation der Schallweile durch Resonanzstellen geprägt ist. Zur Alarmabgabe wird eine Veränderung der Modulationslaufzeit erfaßt, die auf einer Veränderung des Übertragungsverhaltens der Glasscheibe beruht Auch in diesem Fall kann das Übertragungsverhalten außer durch einen Bruch des Glases durch Berühren, Benetzen, Beschichten oder Bemalen der Glasscheibe verändert sein, was eine fälsciiliche Alarmabgabe ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bruchermittlung an einer Giasscheibe anzugeben, bei welchem unter geringem Aufwand und einfacher Anwendung eine zuverlässige Alarmabgabe ausschließlich bei Glasbruch ohne Auftreten von Fehlalarm aufgrund anderer Veränderungen an der Glasscheibe erfolgt. Ferner soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Demnach wird erfindungsgemäß die Glasscheibe zur Alarmabgabe auf die Entstehung von Reflexionsschallwellen untersucht, die Zeitunterschiede gegenüber Randreflexionen aufweisen, d. h. also, ein von diesen freies Zeitintervall überwacht wird. Da diese Reflexionsschallwellen unabhängig davon auftreten, ob die Glasscheibe durch Berührung od. dgl. mechanisch gedämpft ist oder nicht, erfolgt eine zuverlässige Alarmabgabe bei Glasbruch, während andere Veränderungen an der Glasscheibe keine Alarmsignale ergeben. Der Aufwand ist verhältnismäßig gering, da lediglich die Signale für die zeitlich konstant auftretenden Randreflexionsschallwellen nicht ausgewertet werden.

Da an den Reflexionsschallwellen nur äußerst geringe Laufzeitänderungen aufgrund von Temperaturänderungen an der Glasscheibe od. dgl. auftreten, erübrigt sich eine Nachstellung, so daß das Verfahren äußerst einfach angewendet werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 aufgeführt, während vorteilhafte Ausgestaltungen von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens in den Unteransprüchen 4 bis 8 aufgeführt sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf d<e Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zur Bruchermittlung an einer Glasscheibe.

Fi g. 2 ist eine graphische Darstellung sich durch die Glasscheibe hindurch ausbreitender elastischer Wellen.

Fig.3 zeigt eine Reihe von Kurvenformen für die Beschreibung der ersten Ausführungsform der Vorrichtung.

Fig.4 ist eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung, bei der zur Unterscheidung eines einen Bruch anzeigenden Signals von einem falschen Signal ein Abfrageverfahren verwendet wird.

F i g. 5 und 6 sind Kurvenformen zur Erläuterung der Schaltung nach F i g. 4.

F i g. 7 ist eine ausführliche Schaltung eines der in der Schaltung nach F i g. 4 verwendeten Schaltelemente.

Die F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung, bei der Reflexionen fortgepflanzter Wellen zur Erfassung des Vorliegens von Sprüngen oder eines Bruchs an einer Glasscheibe ermittelt werden.

Nach F i g. 1 sind ein erster und ein zweiter piezoelektrischer Wandler 30 bzw. 31 auf der Oberfläche einer Glasscheibe 11 an der unteren linken bzw. der oberen rechten Ecke angeklebt und elektrisch an einen ersten bzw. einen zweiten Ausgangsanschluß 32 bzw. 33 eines elektronischen Schalters 34 angeschlossen. Ein Impulsgenerator 35 ist dazu vorgesehen, in einem vorbestimmten Intervall einen Erregungsimpuls an den Eingangsanschluß 36 des elektronischen Schalters 34 anzulegen. Der Schalter 34 wird mittels eines von einer Steuerschaltung 37 abgegebenen Steuerimpulses betätigt und legt den Erregungsimpuls wahlweise an einen der Wandler 30 und 31 an. Beim Anschließen des Impulsgenerators 35 an den Wandler 30 über den Ausgangsanschluß 32 wird der an den Wandler 30 angelegte Impuls in eine mechanische Schwingung umgesetzt, die sich in alle Richtungen in Form von Längs- und Querwellen ausbreitet, wobei sich die Längswellen mit einer Geschwindigkeit ausbreiten, die annähernd 1,5 bis 2 mal höher als die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Querwellen ist. Nimmt man an, daß die Glasscheibe 11 keinen Sprung hat, so werden die ausgesendeten Wellen von den Rändern der Glasscheibe in folgenden zwei Formen reflektiert: Die von den naheliegenden Rändern oder der unteren linken Ecke der Glasscheibe 11 reflektierten Weilen, die vom Zeitpunkt des Anlegens des Erregungsimpulses J₀ bis zu einem Zeitpunkt fi auftreten, und die Wellen, die von dem Rand A der rechteckigen Glasscheibe 11 in einem Abstand reflektiert werden, der gleich dem Radius r von dem Ausbreitungsmitteipunkt weg ist (Fig.2). Diese Reflexionsarten werden zweckmäßigerweise Nahreflexion bzw. Fernreflexion genannt. Wenn in dem Bereich innerhalb des Radius r keine Sprünge vorhanden sind, tritt die Fernreflexion zum Zeitpunkt h auf, während Reflexionen bei Sprüngen in dem Bereich zu einem Zeitpunkt h auftreten, der irgendwo zwischen den Zeitpunkten U und i3 liegt, wie es durch die gestrichelte Kurvenform dargestellt ist und den Erfahrungen bei einer elektrischen Nachrichtenverbindung entspricht, wo das Vorliegen einer Impedanzänderung bei dem Nachrichtenkanal eine Reflexion des ausgesendeten Signals zu dem Aussendungsende des Kanals hin ergibt.

Die reflektierten Wellen werden dann mittels des piezoelektrischen Wandlers 30 in elektrische Signale umgesetzt und gelangen über einen Strombegrenzungswiderstand 37' und einen Verstärker 38 an ein Übertragungsschaltglied 39. Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 1 wird durch Bezugnahme auf die in F i g. 3 gezeigten Kurvenformen verdeutlicht. Der Impulsgenerator 35 wird zur Erzeugung des Erregungsimpulses nach einem Zeitverzögerungsintervall td\ von der Vorderflanke oder der Rückflanke des Triggersignals von der Steuerschaltung 37 getriggert (F i g. 3a und 3b). Wenn das Signal von der Steuerschaltung ansteigt, wird der elektronische Schalter 34 auf den Ausgangsanschluß 32 geschaltet, während bei niedrigem Steuerschaltungssignal der Schalter 34 ;iuf den Ausgangsanschluß 33 geschaltet ist und den Impulsgenerator 35 mit dem piezoelektrischen Wandler 31 verbindet. Das Triggersignal aus der Steuerschaltung 37 i&t auch an

eine Verzögerungsschaltung 41 geschaltet, die gemäß der Darstellung bei (3e) das angelegte Eingangssignal um td₂ verzögert, so daß die Vorderflanken und die Rückflanken eines verzögerten Signals 41-1 zum Zeitpunkt t\ bzw. zum Zeitpunkt fs auftreten. Das verzögern. Sigr.ai wird in eine Torsteusrschaltung 42 eingegeben, die an der Vorderflanke und der Rückflanke des Eingangsimpulses einen Impuls einer vorbestimmten Dauer erzeugt. Die Dauer des impulses aus der Torsteuerschaltung 42 ist durch das Ausbreitungsintervall zwischen den Zeitpunkten fi und h bestimmt, während dem kein Auftreten von Reflexionen anzunehmen ist, wenn keine Sprünge oder Beschädigungen innerhalb des durch den Radius r gegebenen Flächenbereichs vorliegen. Das Übertragungs-Schaltglied 39 wird durch den Torsteuerimpuls aus der Torsteuerschaltung 42 zum Durchlassen der während des Intervalls zwischen den Zeitpunkten fi und 1-3 auftretenden Signale betätigt, wenn der Wandler 30 betätigt ist. Das Ausgangssignal aus dem Schaltglied 39 wird an einen Vergleicher 40 zum Vergleich mit einer Vergleichsspannung Vref angelegt, um so eine Alarmeinrichtung 43 zu betätigen, wenn das Eingangssigna! über der Vergleichsspannung liegt.

Während der unteren Lage des Steuerschaltungs-Ausgangsimpulses wird der elektronische Schalter 34 auf den Ausgangsanschluß 32 geschaltet, um durch den nächsten Erregungsimpuls den Wandler 31 zu erregen. Es treten gleichartige Reflexionen wie die vorstehend beschriebenen auf, jedoch sucht in diesem Fall der j« Wandler 31 innerhalb der durch den Radius r von der oberen rechten Ecke der Glasscheibe 11 aus bestimmten Fläche nach Sprüngen oder Beschädigungen, wobei Nahreflexionen als Ergebnis von Reflexionen der oberen rechten Eckränder auftreten, während Fernre- jj flexionen von dem Rand B auftreten. Es ist anzumerken, daß innerhalb des Intervalls des Impulses von der Steuerschaltung 37 auch Reflexionen von den Rändern C und D der Glasscheibe U auftreten. Derartige Reflexionen können jedoch vor dem Erscheinen des nächsten Erregungsimpulses vollständig abklingen.

Die F i g. 4 bis 7 stellen eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung dar, bei der unter Verwendung eines einzigen piezoelektrischen Wandlers zum Aufnehmen der von Sprüngen reflektierten Signale ein Abfrageverfahren verwendet wird. In Fig.4 ist ein piezoelektrischer Wandler 50 an der unteren linken Ecke der Glasscheibe 11 angebracht und wird mittels eines Impulses von einem Impulsgenerator 51 erregt, der sein Ausgangssignal auch an eine Reihe kaskadegeschalteter Verzögerungsschaltungen 52 bis 55 einer Abfrageschaltung 60 abgibt. Die Abfrageschaltung 60 weist eine Mehrzahl von Abfrageschaltgliedern oder Schaltern 52a, 53a, 54a und 55a auf, die jeweils über eine monostabile Kippstufe 526, 53fc, 5Ab und 556 an die Veiraögerungsschaltungen 52 bis 55 angeschlossen sind. Bei jedem der Abfrageschalter 52a bis 55a ist ein Eingang an eine Gleichspannung Vl von einem jeweiligen veränderbaren Widerstand R\ bis R₄ angeschlossen, während die jeweiligen anderen Eingänge to gemeinsam an den Ausgang eines mit dem piezoelektrischen Wandler 50 über einen Widerstand 57 verbundenen Verstärkers 56 angeschlossen sind.

Die erste Verzögerungsschaltung 52 liefert eine Verzögerungszeit Tj von dem Zeitpunkt des Anlegens b5 des Erregungsimpulses an den Wandler 50 an, so daß der verzögerte Impuls gemäß der Darstellung in F i g. 5 zu einem Zeitpunkt t\ auftritt Auf gleiche Weise ergLütn die Verzöget ungsschaitungen 53 bis 53 Verz'i™"'-ungszcitcn Ti b>* T₄, so daß die verzögerten Impulse ^u den Zeitpunkten '., bis ti auftreten. Die monostabilen Kippstufen 526 bis 55b erzeugen aufeinanderfolgend jeweils zu den Zeitpunkten U bis I₄ Abfrageimpulse, um die Abfrageschalter 52a bis 55a so zu betätigen, daß die das Reflexioiv.ausmaß darstellenden verstärkten Signale an den Ausgängen derselben auftreten können. B^p;. nicht vorhandenem Abfrageimpuls bewirkt jeder Abfrageschalter das Anlegen der Gleichspannung Ki an seinen Auagangsanschluß. Die F ι g. 6 verdeutlicht die Wirkungsweise der Abfrageschalter 52a bis 55a. Der von der jeweiligen monostabilen Kippstufe 52b bis 55b erzeugte Abfrageimpuls (Fig. 6b) wird dazu verwendet, einen ausgewählten Teilbereich des Signais (F i g. 6a) vor dem Verstärker 56 abzutasten, so daß sich die bei F i g. 6c gezeigte Ausgangskurvenform ergibt. An die Ausgänge der Abfrageschalter 52a bis 55a sind jeweils Kondensatoren Ci bis C₄ angeschlossen, die die Wechselstromkomponente des Signals (F i g. 6d) zum Vergleich mit einer Vergleichsspannung Vref zu einem Eingang eines Vergleichers 58 durchlassen. Bei F i g. 5 ist angenommen, daß die mit ausgezogenen Linien dargestellten Kurvenformen die aus Nahreflexion und Fernreflexion erhaltenen Kurvenformen sind, wenn keine Sprünge vorhanden sind, während die mit gestrichelten Linien dargestellten Kurvenformen 61 bis 63 die Kurvenformen sind, die aus Reflexionen an unterschiedlichen Sprüngen oder Brüchen stammen. Unter normalen Bedingungen ohne Sprünge ist jeder der veränderbaren Widerstände /?i bis R₄ zur Abgabe einer Ausgangskurvenform eingestellt, deren Amplitude unter der Vergleichsspannung Vref des Vergleichers 58 liegt. Im besonderen ist der veränderbare Widerstand R₄ zur Abgabe einer Spannung V| eingestellt, die im wesentlichen gleich der Amplitude des sich aus den Fernreflexionen ergebenden Signals ist.

Tatsächlich übersteigt jede der Reflexionen 61 bis 63 die Vergleichsspannung Vref und ergibt ein Ausgangssignal von dem Vergleicher 58 an eine Alarmeinrichtung 59. Daher läßt die Abfrageschaltung 60 die Verwendung eines einzigen piezoelektrischen Wandlers zur Ermittlung des Vorhandenseins irgendwelcher Sprünge in dem ganzen Flächenbereich der Glasscheibe 11 durch Unterscheidung der einen Sprung anzeigenden Reflexionen von den normalen Reflexionen zu.

Die F i g. 7 veranschaulicht ein Beispiel der Abfrageschalter 52a bis 55a. Jeder Abfrageschalter weist ein Paar von Feldeffekt-Transistoren 64 und 65 auf. Der Transistor 64 ist mit seiner Source-Drain-Strecke zwischen den Schleifanschluß eines jeweiligen veränderbaren Widerstands /?, bis R₄ und einen jeweiligen Kondensator Q bis G geschaltet, während sein Steuer-Gate über einen Inverter 66 an den Ausgang einer jeweiligen monostabilen Kippstufe 52b bis 55f> geschaltet ist; der Transistor 65 ist mit seiner Source-Drain-Strecke zwischen den Verstärkerausgang und den Filterkondensator geschaltet und mit seinem Steuer-Gate an die monostabile Kippstufe angeschlossen. Der Transistor 64 ist daher zum Durchlassen der Gleichspannung Vi leitend, wenn der Ausgang der jeweiligen monostabilen Kippstufe auf niedrigem Pegel liegt, während der Transistor 65 leitend ist, wenn die Kippstufe einen hohen Pegel annimmt, um den momentanen Wert des Signals von dem Verstärker 56 abzufragen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bruchermittlung an einer Glasscheibe, bei dem an wenigstens einer Stelle der Glasscheibe Schallwellen erzeugt werden, die von ■> der Glasscheibe zur Bildung von Signalen abgenommen werden, aus denen ein Alarmsignal abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen in Intervallen erzeugt werden und daß zur Ableitung des Alarmsignals Signale aus an einer Diskontinuität der Glasscheibe reflektierten Schallwellen verwendet werden, wobei die zu festliegenden Zeiten innerhalb der Intervalle auftretenden Signale aus an den Rändern der Glasscheibe reflektierten Schallwellen unberücksichtigt bleiben.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen von der Glasscheibe an der gleichen Stelle abgenommen werden, an der sie erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen abwechselnd an einer ersten Stelle der Glasscheibe und an einer zweiten Stelle der Glasscheibe erzeugt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit wenigstens einem piezoelektrisehen Wandler für Erzeugung und Abnahme von Schallwellen an der Glasscheibe und mit einer Alarmeinrichtung, gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator (35; 51) zum Erregen des piezoelektrischen Wandlers (30, 31; 50) für die Schallwellenerzeugung in Intervallen, eine Verzögerungsschaltung (41,42; 52 bis 55) zur Erzeugung von gegenüber der Erregung durch den Impulsgenerator verzögerten Ausgangssignalen vorbestimrmer Dauer, ein Schaltglied (39; 52a bis 55a,) zum Durchlassen von Signalen s> aus den von der Glasscheibe (11) abgenommenen Schallwellen während der Dauer der verzögerten Ausgangssignale und einen Vergleicher (40; 58) zum Vergleichen durchgelassener Signale aus dem Schaltglied mit einer Bezugsgröße, der die Alarmeinrichtung (43; 59) schaltet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein piezoelektrischer Wandler (30,31; 50) sowohl für die Erzeugung als auch für die Abnahme der Schallwellen verwendet ist. 4

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung (34), die zwei an unterschiedlichen Stellen der Glasscheibe (11) angebrachte piezoelektrische Wandler (30, 31) abwechselnd mit Ausgangsimpulsen aus dem Im- w pulsgenerator (35) speist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung mehrere Verzögerungselemente (52 bis 55) zur Erzeugung verzögerter Ausgangssignale ^r>"> vorbestimmter Dauer zu unterschiedlichen Verzögerungszeiten (U bis U) nach Ansteuerung durch den Impulsgenerator (51) aufweist und das Schaltglied mehrere Vergle'chsschaltelemente (52a bis 55a) mit je einem ersten und einem zweiten Eingang bo aufweist, bei denen zum Vergleich von Signalen an den beiden Eingängen die ersten Eingänge mit Signalen aus den von der Glasscheibe abgenommenen Schallwellen gespeist sind, die zweiten Eingänge jeweils mit Gleichspannungsquellen (Ri bis R 4) verbunden sind und Schaltsteueranschlüsse jeweils an den Ausgang eines Verzögerungselements angeschlossen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Vergleichsschaltelement (52a bis 55a,) einen ersten Transistor (64), dessen Steuerelektrode über einen Inverter (66) mit dem jeweiligen Verzögerungselement (52 bis 55) und dessen erste gesteuerte Elektrode mit der jeweiligen Gleichspannungsquelle (R 1 bis R 4) verbunden ist, iowie einen zweiten Transistor (65) aufweist, dessen Steuerelektrode mit dem jeweiligen Verzögerungselement verbunden ist und dessen erste gesteuerte Elektrode mit dem Signal aus den von der Glasscheibe abgenommenen Schallwellen gespeist ist, wobei die zweiten gesteuerten Elektroden der beiden Transistoren miteinander und über einen Kondensator (C 1 bis C4) mit dem Vergleicher (58) verbunden sind.