DE2643255C2 - Anordnung zur Feststellung von in einen Sicherheitsbereich gelangenden Eindringlingen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Feststellung von in einen Sicherheitsbereich gelangenden Eindringlingen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Anordnung zur Feststellung von in einen Sicherheitübereich gelangenden Eindringlingen ist durch die US-PS 35 25 978 bekannt.

Herkömmliche Systeme zur Feststellung von Eindringlingen innerhalb eines Sicherheitsbereichs fallen in verschiedene Klassen. Zur einen gehören akustische Systeme oder Geräte, die vom jeweiligen Eindringling ausgelösten Schall oder Geräusche erfassen. Eine andere Klasse umfaßt optische Systeme, die im allgemeinen mit einer Fernsehkamera oder ähnlichen Kameras arbeiten. Schließlich sind herkömmliche Systeme zur Erfassung quasi-seismischer Wellen mit elektroakustischen Aufnehmern, insbesondere Geophonen, ausgestattet, die empfindlich für die Richtung sind, aus der die vom Eindringling ausgelöste Erderschütterung kommt.

Bei der aus der US-PS 35 25 978 bekannten Anordnung werden längs einer Basislinie im Abstand einer halben Wellenlänge angeordnete Geophone verwendet, wobei die Bezugswellenlänge der Schallwelle mit kürzester Wellenlänge entspricht, welche im Schallwellenspektrum enthalten ist, das durch die vom Eindringling hervorgerufene Bodenerschütterung ausgelöst wird.

Die Ausgangssignale der Geophone werden in Digitalsignale umgesetzt, so daß eine Analyse mittels Datenverarbeitung vorgenommen werden kann, um die Schallquelle zu lokalisieren.
Die US-Patentanschriften 24 35 253, 26 14 166.

33 83 690 beziehen sich auf die Erfassung von Schallquellen über Tonfrequenz, Hochfrequenz und seismischen Wellen, wobei zwei elektroakustische Aufnehmer orthogonal zueinander an jeweils vorgegebener Stelle angeordnet sind, um so Richtung und Entfernung der betreffenden Schallquelle zu bestimmen. Hierbei werden verschiedene Fronten der gleichen Welle analysiert, was dann einen dementsprechenden Aufwand erfordert. Die US-Patentschriften 25 35 255, 35 43 261 und 35 85 581 behandeln Schallaufnehmersysteme, bei denen zwei Schallaufnehmer zur Ermittlung des jeweils ersten Auftretens verschiedener Fronten gleicher Welle vorgesehen sind. Die US-Patentschrift 35 43 261 zeigt dabei auch Maßnahmen zur Entfernungsermittlung mittels einer elektronischen Zeitzählschaltung als Bestandteil der Detektorschaltung zur Erfassung des ersten Auftretens einer Wellenfront. Diese Anordnung ist Bestandteil eines Alarmsystems, das auf durch einen Eindringling in einem Sicherheitsbereich mittels Werkzeu-

gen oder Explosivstoffen verursachten Geräuschen beruht Hierbei werden verschiedene Frequenz-Kompnenten eines ausgelösten Schallwellenspektrums für selektive Ansprache bzw. Unterdrückung spezieller Information, die durch eben dieses Schallwellenspektrum übertragen wird, bevorzugt bzw. eliminiert Schwellenwertansprache dient bekannterweise zu entsprechender Diskriminierung auf Amplitudenbasis. Die US-Patentschrift 35 85 581 bezieht sich ebenfalls auf ein Alarmsystem auf der Basis der Frequenzdiskrimination, indem Schallaufnehmer oder Geophone mit deutlich unterschiedlichen Frequenzansprechbereicher. verwendet werden. Auch eine derartige Anordnung erfordert einen beträchtlichen Aufwand, der aufgrund der Frequenzempfindüchkeit nur noch vergrößert wird.

Die US-Patentschriften 31 09 165,32 58 762 beziehen sich auf Alarmsysteme, bei denen ebenfalls Geophone zur Erfassung des Auftretens und/oder der Entfernung yen einem Bezugspunkt eines Eindringlings in einen Sicherheitsbereich verwendet werden, indem lediglich ei-.he einzige quasi-seismische Welle, die von der Auslösestelle am Erdboden ausgeht, erfaßt und analysiert wird. Hierbei zeigt das US-Patent 31 09 165 zwei parallel geschaltete Geophone mit ziemlich großer Bandbreite und mit einem Bandfilter variabler Bandbreite, um Eindringlinge unter weitgehender Ausschaltung von Fehlalarmen erfassen zu können. Die US-Patentschrift 32 58 762 bezieht sich auf eine Anordnung mit Schwellenwerteigenschaft, wobei unterschiedliche Anstiegszeiten der Wellenfronten einer einzigen Welle, die von einer Auslösestelle ausgeht, erfaßt werden.

Schließlich beschreibt die US-Patentschrift 32 61 009 ein Alarmsystem unter Verwendung eines einzigen Geophons im Zusammenwirken mit einem Bandfilter zur Erfassung eines Eindringlings in einen Sicherheitsbereich. Auch hierbei dreht es sich darum, Mittel anzugeben, die die Auslösung eines Fehlalarms verhindern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung oben bescnriebener Art bereitzustellen, die bei relativ geringem Aufwand die zuverlässige Erfassung eines Eindringlings in einen Sicherheitsbereich gestattet, indem Fehlansprache praktisch ausgeschaltet ist und Störanfälligkeit weitgehend unterdrückt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Unter Findringlingen sollen hierbei nicht nur Menschen, Tiere und Fahrzeuge verstanden sein, sondern auch Ereignisse irgendwelcher Art, die seismische Wellen oder quasi-seismische Wellen auslösen, die dann in Boden, Wasser, Straßen, Rohrleitungen, Fußböden oder anderen von Menschenhand geschaffenen Strukturen weitergeleitet werden. Hierdurch ist es dank der Erfindung möglich, ebenfalls Auftreten von Gewitter, Sturm, Regen, Hagel, Schnee bei vorhandenem Hintergrundgeräusch, verursacht durch kleine Tiere und dergleichen, deren Erscheinen in einem Sicherheitsbereich normalerweise nicht ausgeschaltet werden kann, anzeigen zu können. Vordergrundgeräusche von Menschen und Fahrzeugen, die ebenfalls durch Erschütterung Schallwellen im Sicherheitsbereich hervorrufen können, lassen sich analysieren, als ob seismische Wellen mit stark reduzierter Intensität vorlägen, so daß dank der Erfindung auch diese Störungen ausgeschaltet werden können.

Seisinische und quasi-seismische Wellen, die durch die Anordnung gemäß der Erfindung ausgewertet werden, breiten sich innerhalb des Bodens und ähnlicher Medien in Form von longitudinaien Druckwellen, sogenannten Primae-Wellen (P-Wellen), in Fortpflanzungsrichtung aus und zusätzlich in Form transversaler Scherungswellen, sogenannten Sekundae-Wellen (5-WeIIen), senkrecht zur Ausbreitungsrichtung mit jeweils unterschiedlicher Geschwindigkeit Die erfinaungsgemäß ausgebildete Analyse- und Auswerteanordnung nutzt die Tatsache aus, daß die P-Wellen und die 5-Wellen unterschiedliche Fortpflanzungsgeschwindigkeiten besitzen, womit ein bedeutsamer Unterschied gegenüber oben beschriebenen bekannten Anordnungen vorliegt Für den Erd-

IQ boden liegt die Ausbreitungsgeschwindigkeit von P-Wellen in der Größenordnung von 6 km/sec und die Ausbreitungsgeschwindigkeit von S-Wellen in der Größenordnung von 3,3 km/sec. Die Auswerte- und Analyseanordnung gemäß der Erfindung nutzt weiterhin die Polarisationseigenschaften dieser Wellen aus, um Fehlalarme, verursacht durch Rayleigh-Oberflächenwellen sowie Störungen, verursacht durch Fahrzeugverkehr außerhalb der Sicherheitszone, weitgehend zu unterdrücken.

Die Auswerte- und Analyseanordnung gemäß der Erfindung ist so eingerichtet daß die Entfernung zum Eindringungspunkt aus der Analyse des Ankunftszeitunterschiedes der P- und 5-Wellen ermittelt wird. Richtung bzw. Azimut des Eindringungsereignisses wird also in vorteilhafter Weise mittels eines einzigen Geophonpaares und dem angeschlossenen Richtungsanalysator oder mit Hilfe der Triangulation von Ausgängen zweier Geophonpaare bestimmt. Die Geschwindigkeit des Eindringlings läßt sich in vorteilhafter Ausnutzung der Erfindung aus zwei oder mehreren, vorzugsweise aber mehreren, Ortsbestimmungen unter Zuhilfenahme der Analyse- und Auswerteeinrichtung bei Berücksichtigung des Zeitablaufs zwischen den beiden Ortsbestimmungen errechnen.

Eine gewisse Identifikation der Art des Eindringlings läßt sich empirisch anhand von Vergleichsmustern durchführen, die aufgrund vorbekannter Auslösequellen vorab erstellt sind. Derartige Bestimmungen aufgrund jeweils aufeinanderfolgender Beobachtungen in kurzem Zeitabstand liefern Angaben genereller Klassifizierung, wie Fahrzeug, Fußgänger, großes Tier, gerittenes oder getriebenes Pferd, streunende Kuh oder streunendes Pferd und dergleichen.

Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Gebäude und Grundstück mit einer erfindungsgemäßen Anordnung;

F i g. 2 eine Schnittansicht durch ein Beispiel eines Geophons, wie es in einer erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden kann;

Fig.3 eine graphische Darstellung der Zeitunterschiede, die zwischen den Longitudinalwellen und den Transversalwellen in verschiedenen Abständen vom Erschütterungsort zu erwarten sind;

F i g. 4 eine graphische Darstellung des Maximalwer-

eo tes des Fühlerau'-gangssignals in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen Fühler und Erschütterungspunkt; F i g. 5 ein Funktionsdiagramm der Analyseeinrichtung einer erfindungsgemäßen Anordnung; F ι g. 6 ein Blockdiagramm einer Vorverstärker- und Detektorschaltung der Analyseeinrichtung gemäß Fig. 5;

F i g. 7 ein Blockdiagramm einer Entfernungs-Analyseschaltung der Analyseeinrichtung gemäß F i g. 5;

Fig.8 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Signale, die in der beschriebenen Anordnung auftreten;

F i g. 9 ein Blockdiagramm einer Richtungs-Analyseschaltung der Analyseeinrichtung gemäß F i g. 5; und

Fig. 10 das Schaltbild einer in der erfindungsgemäßen Anordnung verwendbaren Spitzendetektorschaltung.

Die Draufsicht einer typischen Installation eines erfindungsgemäßen Systems ist in F i g. 1 dargestellt Ein Gebäude 10 ist vor Eindringlingen zu schützen. Eine Parkfläche 12, eine Zufahrt 18 und eine Straße 20 weisen einen ziemlichen starken normalen Verkehr auf; dies sind Bereiche, von denen aus aber auch ein Eindringling eindringen kann. Außerdem ist ein gewisser Schutz für den Parkplatz 12 erwünscht, um Diebstahl und Wandalismus zu verhindern. In dem erfindungsgemäßen System ist eine Anzahl von Fühlern 21, 22, 23, 24 usw. in geeigneten Abständen in einem das Gebäude 10 umgebenden Muster in der Erde vergraben. Bei den Fühlern handelt es sich vorzugsweise um Geophone zum Abfühlen der seismischen Wellen in der Erde. Elektrische Verbindungen von den Fühlern werden unterirdisch zum Gebäude 10 geführt, wo der größte Teil der elektronischen Anlage steht, beispielsweise an einer Stelle, die durch das Bildschirmgerät 28 des Planpositionsanzeigers (PPI) bezeichnet ist. Für schnelle und genaue Berechnungen, die für den wirksamen Betrieb des erfindungsgemäßen Systems notwendig sind, wird vorzugsweise ein Computersystem auf Zeitteilerbasis benutzt.

F i g. 2 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht eines typischen, zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Anordnung geeigneten Geophons. Mechanisch gesehen ist das Geophon eine unter Federspannung stehende träge Masse, elektrisch gesehen ist es ein Generator. Ein rohrformiges Gehäuse 30 hat eine Grundplatte 32, die einen Kreisringflansch 34 trägt Ein durch eine Rohrlänge aus permanent magnetischen Material gebildeter Magnet 36 ruht im Flansch 34. Eine Endplatte 38 am oberen Ende des Magneten 36 hat eine nach unten verlaufenden Kern 40, der als Magnetpol wirkt Die Grundplatte 32 ist aus nichtmagnetischem Material und vertieft, um das untere Ende des Polstückes 40 aufzunehmen. Am unteren Ende des Magneten 36 befindet sich ein inneres Polstück 42, das im Flansch 34 der Bodenplatte 32 aufsitzt und als hohler Kegelstumpf nach oben verläuft und innerhalb des hohlen ringförmigen Raumes im Rohrmagneten 36 und außerhalb des Polstückes 40 endet. Zwischen der Innenfläche des Polstückes 42 und der Außenfläche des Polstückes 40 besteh» daher ein sehr starker magnetischer Fluß radial im ringförmigen Raum. Innerhalb des ringförmigen Raumes gibt es eine bewegliche Spule 44 aus paramagnetischem Material, die durch zwei Spiralfedern 46 und 47 an den Anschlußpfosten 48 und 49 gehalten wird, die isoliert gelagert sind und durch die Platte 38 verlaufen. Eine Magnetwicklung 50 ist auf die magnetische Massenspule 44 gewickelt, die um das Polstück 40 frei beweglich ist Die elektrischen Leitungen zur Wicklung 50 werden durch die Spiralfedern 19 und 17 gebildet Die spulenförmige Magnetmasse 44 mit der darauf befindlichen Wicklung ist vertikal frei beweglich im Ringraum zwischen den Polstücken aufgehängt und kann sich innerhalb bestimmter Grenzen in einigen Fühlern auch seitlich bewegen. Sobald der Fühler durch die Wellen in der Erde betätigt wird, bewegt sich der Fühlerkörper als Ganzes. Die Magnetspule 44 mit der Wicklung 50 neigt jedoch dazu, durch ihre Trägheit stehen zu bleiben, und demzufolge wird in der Wicklung 50 ein kleines Spannungssignal erzeugt und an den Anschlüssen 48 und 49 zur Verfügung gestellt Die Grundplatte 32 ist mit einem Gewindeanschluß 52 versehen, und darauf ist eine nach unten ragende Spitze 54 geschraubt oder auch aufgegossen, wenn die Einheit oberirdisch angebracht werden soll, indem man den Stachel in die Erde steckt Hiermit erhält man ein nutzbares Signal aufgrund der Rayleigh-Wellen niedriger Intensität, die durch die Fußschritte und Körperbewegungen von Menschen und Tieren erzeugt werden. Das ganze Instrument ist vorzugsweise fest im der Erde vergraben und bewegt sich daher mit jeder Erdbewegung. Die träge Masse der Spule 44 neigt dazu, einer Bewegung Widerstand entgegenzusetzen, und daher induziert eine Erdbewegung eine relative Bewegung zwischen dem Gehäuse 30 und dem Kern 40. Die relative Bewegung zwischen dem Gehäuse 30 und dem Kerm 40 induziert eine Spannung in der Kernwicklung, die im wesentlichen der Bewegungsgeschwindigkeit proportional ist.

Drei separate, aber im wesentlichen identische Instrumente sind vorzugsweise in einer Kernstruktur, wie dargestellt kombiniert Das Instrument mit dem vertikalen Kern 40, das oben beschrieben wurde, wird dazu benutzt Oberflächenwellen abzufühlen und wird in dem erfindungsgemäßen System nicht verwendet, obwohl es bei einigen korrelierenden Beobachtungen nützlich ist. Die beiden Instrumente 56 und 58, in denen die Kerne parallel zur Erdoberfläche und rechtwinklig zueinander liegen, sind mit der noch zu beschreibenden Analyseeinrichtung verbunden.

Geophone sind aufgrund ihrer Konstruktion stark empfindlich für jede Art von Boden- oder Erdbewegung. Eindringungs-Erkennungssysteme sollen jedoch nur auf eine Erschütterung ansprechen, die durch einen Vorgang wie beispielsweise einen Schritt ausgelöst wird, und sie sollen nicht auf Bewegungen ansprechen, die durch Wind, Regen oder andere Wettereinflüsse hervorgerufen werden. Eine große Anzahl unerwünschter Daten wird dadurch eliminiert, daß man die optimale Eigenfrequenz für die zu benutzenden Geophone auswählt Praktisch alle handelsüblichen Geophone haben Eigenfrequenzen zwischen 1 und 30 Hz, und die meisten konventionellen Erkennungssysteme benutzen diese Geophone. Niederfrequenzgecphone sind extrem schwierig zu benutzen wegen des großen Umgebungsstörpegels unterhalb von 50 Hz. Wind führt zu Schwingungen im Bereich von 1 bis 10 Hz und Rayleigh-Oberflächenwellen von vielen Quellen liegen zwischen 10 und 50 Hz. Oberhalb von 150 Hz ist Regen ein größerer Störgenerator; deshalb sind Hochfrequenzgeophone unerwünscht Die Geophonreaktion auf ein sinusförmiges Eingangssignal ist von der Eigenfrequenz an aufwärts im wesentlichen flach, ist aber stark gedämpft bei Frequenzen unterhalb der Eigenfrequenz. Für das erfindungsgemäße System wurden Geophone mit einer Eigenfrequenz von 100 Hz gewählt Das Geophonausgangssignal wird durch ein Filter geleitet um Signale oberhalb von 110 Hz und unterhalb von 90 Hz zu dämpfen. Dadurch hat man ein Reaktionsband von 20 Hz Breite, dessen Mittelpunkt etwa bei 100 Hz liegt und somit in einem Bereich der wenigsten Umgebungsstörungen. Weitere Maßnahmen zur Minimisierung von Fehlalarmen und dergleichen werden später beschrieben. .

Seismische Wellen werden durch die Erde in Form von Lingitudinal-Wellen (Schwingungen parallel zur Ausbreitungsrichtung) und in Form von Transversal-

Wellen (Schwingungen rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung) übertragen. Die Longitudinal-Wellen, in denen die Partikelbewegungen parallel zur Ausbreitungsrichtung verläuft, nennt man Ä Wellen (primäre Wellen); die Transversal-Wellen, in denen die Partikelbewegung rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung verläuft, nennt man 5-Wellen (Sekundärwellen). Die P-Wellen und die 5-Wellen laufen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, wobei die Primänvellen schneller laufen als die Sekundärwellen. Die Zeitdifferenz nimmt proportional zum Abstand vom Fühler und zur Mediendichte zu. Messungen in der Prüfumgebung lagen zwischen 1,9 m/ms (6,3 Fuß/ms) in trockener harter Tonerde und 0,6 m/ms (2 Fuß/ms) in loser gesättigter Tonerde. An der Oberfläche eines halb unbegrenzten Festkörpers wie der Erde, breitet sich auch ein dritter, bereits erwähnter Wellentyp aus. nämlich die Rayleigh-Oberflächenwelle, die nachfolgend /?-Wdle genannt wird. Knapp unter der Erdoberfläche vergrabene Geophone sind allen drei erwähnten Wellentypen ausgesetzt.

In einem isotrop ungebundenen elastischen Festkörper, für den die Erde eine gute Annäherung ist, breiten sich zwei bestimmte Typen elastischer Wellen aus. Die Partikelbewegung in diesen beiden Wellentypen erfolgt parallel bzw. rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung. Eine Welle, in der die Partikelbewegung parallel zur Ausbreitungsrichtung verläuft, nennt man P-Weile, eine Welle in der die Partikelbewegung rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung verläuft, nennt man S-Welle.

Die unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten der zueinander rechtwinkligen 5-Wellen, f-Wellen und R-Wellen sind durch die nachfolgenden Gleichungen gegeben.

p= ([K + 4G/3]//>)"2

Darin ist K der Massenmodul des Festkörpers, G der Schermodul, ρ die Dichte und C eine Konstant^ etwas unter 1 (zwischen etwa 0,90 und 0,99).

Die Geschwindigkeit der P Wellen liegt grob in der Größenordnung von 6 km/s (20 000 Fuß/Sek.) und die Geschwindigkeit von S-Wellen in der Größenordnung von 4,2 km/s (14 000 Fuß/Sek.). Die Geschwindigkeitsdifferenz beträgt daher grob 1,8 m/ms (6 Fuß/ms). Diese Zahlen basieren auf Erdbebendaten und stellen durchschnittliche Geschwindigkeiten in vielen verschiedenen Medien dar. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit eine Funktion der Dichte des Mediums ist kann man eine radikale Geschwindigkeitsdifferenz erwarten, wenn der Boden beispielsweise wechselt von losem Sand in harten Felsstein. Für eine Prüfinstallation wurden Werte !zwischen 0,6 und 2 m/ms (2 bis 63 Fuß/ms) gemessen. Eine größere Abweichung der Geschwindigkeitsdiffejenz bildet kein ernstes Problem für das Erkennungssyistem, da jedes Geophonpaar unabhängig von allen anderen arbeitet Eindringlings-Abstandsmessungen in verschiedenen Medien verlangen nur die Anpassung einer Multplikationskonstanten im zugehörigen Computer oder Datenverarbeitungsprogramm.

Die graphische Darstellung in Fig.3 zeigt die verschiedenen Laufzeiten, die bei Erschütterungen zu erwarten sind, die in unterschiedlichen Abständen vom ,Fühler auftreten. Wie aus den Kurven 60 und 61 zu sehen ist nimmt die Laufzeildifferenz proportional zur Entfernung der Erschütterung vom Fühler zu.

Durch einen Aufschlag (eine Erschütterung) erzeugte seismische Wellen kufen kugelförmig vom Aufschlagpunkt nach außen. Der Energiegehalt der Welle wird als Funktion der Entfernung durch geometrische Streuung und durch die Dämpfungscharakteristik des Mediums verbraucht. Wenn eine Medienschnittstelle auftritt wird der Energiegehalt der Wellen weiter verbraucht, da ein Teil davon reflektiert wird. Wenn eine Schnittstelle fehlt, nimmt im allgemeinen die Energie und daher die Größe des Fühlersignals exponentiell mit der Entfernung ab, wie es durch eine Kurve 62 in F i g. 4 gezeigt ist. Für die in der Prüfinstallation verwendeten Fühler lagen die Signalspitzen bei annähernd 100 mV für einen Fußschritt bei 0 Meter Abstand und etwa 100 Mikrovolt für einen Fußschritt bei 6 Meter (20 Fuß)Abstand vom Fühler.

Die P-S-Laufzeitdifferenz wird in einem Prüf- oder Eichaufbau gemessen. Messungen werden an verschiedenen isolierten Geophonpaaren und unter verschiedenen Winkeln vorgenommen. Das allgemeine Verfahren besteht darin, den Grund in einer bekannten Entfernung und einem bekannten Winkel mit einem kleinen Holzstück leicht zu beaufschlagen, um einen seismischen Impuls zu erzeugen, und dann die Differen7 in den Ankunftszeiten der P-Welle und der 5-Welle am Geophonpaar zu messen. Die Schläge erfolgen vorzugsweise in Abständen von 1,5 m (5 Fuß) von 0 bis 9 m (30 Fuß) entlang einer Linie, die rechtwinklig zur Peripherielinie verläuft (90°). In harter gepackter Tonerde mit einem Wassergehalt von praktisch 0 gewonnene Daten zeigten eine Geschwindigkeitsdifferenz von 1,9 m/ms (6,29 Fuß/ms). In lose gepacktem und gesättigtem Boden gewonnene Daten ergaben eine Geschwlndigkeitsdifferenz von ungefähr 0,6 m/ms (2 Fuß/ms).

Messungen der Auflösungsfähigkeit werden für eine bestimmte Strecke vorgenommen, im ideaifail sollten diese genau gleichzeitig erfolgen. Der günstigste Fall trat in einer Prüfung bei 4,6 m auf (15 Fuß) (0,25 ms) und der ungünstigste bei 1,5 m (5 Fuß) (1,25 ms). Das legt nahe, daß ein zur Lokalisierung der Entfernung eines Eindringlings benutzter Einzelpunkt einen Fehler von 0,3 bis 1,2 m (1 bis 4 FuD; haben kann.

In F i g. 5 ist ein Funktionsdiagramm des erfindungsgemäßen Eindringling-Feststellungssystems gezeigt Mehrere Paare von Geophonen 64 sind um das zu schützende Gebäude angeordnet und durch mehrere vieradrige Kabel mit einer Vorverstärker- und Detektorschaltung 66 verbunden. Die Daten von einem Geophonpaar werden nach der Verarbeitung an eine Entfernungsanalyseschaltung 68 und an eine Richtungsanalyseschaltung 70 angelegt Die Daten von der Detektorschaltung 66 können bei Bedarf nach Art des vorliegenden Problemes auch an andere Analyseschaltungen angelegt werden. Die Daten können z. B. an eine Rechnerschaltung übertragen werden, die für die Datenumsetzung durch trigonometrische Berechnungen programmiert ist; dann wird die Richtungsanalyseschaltung 70 natürlich nicht gebraucht Die Ausgabesignale von der

'so jEntfernungsanalyseschaltung 68 und der Richtungsanajyseschaltung 70 werden an eine Multiplexerschaltung 72 gesendet. Daten von der Multiplexerschaltung werden schließlich an ein Bildschirmgerät 28' übertragen, "das die Position im Plan anzeigen kann, was bei einem %rfindungsgemäßen System besonders vorteilhaft ist Daten von der Multiplexerschaltung 72 werden an eine Schnittstelle und/oder ein Datenverarbeitungssystem 74 übertragen, das die Daten für die Bildschirrhanzeige

28' bestimmt und erzeugt.

Die Daten können auch an die Fernbedienung von Suchlampen und/oder Hausfernseh-Überwachungskameras und dergleichen übertragen werden. Mit der Entfernungsanalyseschaltung sind eine Bildanzeiger-Alarmschaltung 76 und eine Codier/Decodierschaltung 78 für die Steueradresse gekoppelt, um Adreßdaten für die Entfernungsanalyseschaltung und den Richtungsanalysator 70 und die Schnittstelle zum Datenverarbeitungssystem 74 zu erzeugen.

Ein Kanal der Vorverstärker- und Detektorschaltung 66 ist funktionsgemäß in F i g. 6 gezeigt. Ein Geophon 64' ist durch zwei Leiter eines elektrischen Kabels mit einem Vorverstärker 80 verbunden, dessen Ausgang an einen Bandpaßfiiter 82 angelegt wird, dessen Bandbreite von 20 Hz vorzugsweise bei 100 Hz zentriert ist. Zwischen den Bandpaßfilter 82 und einen Verstärker 86 mit Einheitsverstärkung ist ein Impedanzelement 84 zur automatischen Verstärkungsregulierung gelegt. Der Ausgang des Verstärkers 86 ist mit einer Vergleicherschaltung 88 und diese wiederum mit einem Zweiweg-Gleichrichter 90 verbunden. Mit dem Ausgangssignal dieses Zweiweg-Gleichrichter wird die Verstärkung automatisch geregelt. Es wird an eine automatische Verstärkungs-Regelschaltung 92 angelegt, deren Ausgangssignal wiederum an das Impedanzelement 84 geführt wird, um den Nebenschlußwiderstand für den Wechselstrom-Kopplungskreis zwischen dem Bandpaßfilter 82 und dem Verstärker 86 entsprechend zu verändern. Das Ausgangssignal vom Zweigweg-Gleichrichter 90 zur automatischen Verstärkungsregelung ist natürlich eine Analog-Spannungswelle, die die Hüllkurve derjenigen elektrischen Welle ist, die vom Geophon 64' erzeugt wird. Dieses Signal steht am Anschluß 94 zur Verfügung. Ein Vergleicher % ist mit dem Zweigweg-Gleichrichter 90 verbunden, um eine digitale Ausgangsspannung aus dem Vergleich mit einer veränderlichen Schwellenwertspannung zu entwickeln, die am Anschluß 98 angelegt wird, (wobei diese Gleichspannung von einer manuellen Steuerung an der Bildschirmkonsole angelegt wird). Ein digitales Ausgangssignal wird außerdem zwischen einem Anschluß 100 und Erde abgegeben.

An den Anschluß 98 wird eine Steuer-Gleichspannung von 0 bis 6 Volt so angelegt daß die Bedienungskraft Umgebungsänderungen, wie Regen, Schnee, Temperatur und Wind kompensieren kann, die die Empfindlichkeit aller Geophone beeinflussen. Permanente Umweltbedingungen, die einzelne Fühler beeinflussen, werden in erster Nährung kompensiert durch Veränderung des Versiärkungswiderstandes im Eingang zur Filterstufe 82. Eine komplexere Kompensation wird im allgemeinen vom Computerprogramm vorgenommen.

Eine erfindungsgemäße Entfernungs-Analyseschaltung ist im Funktionsdiagramm der Fig.7 dargestellt Zwei Geophone eines Geophonpaars zur Abfühlung der primären und sekundären seismischen Wellen an einem gegebenen Punkt sind einzeln über die Eingangs-,; anschlüsse ίΟ2, tO4 mit einem Paar UND-Gliedern IGS ' und 108 verbunden. Ein Taktsignal von einer Systemquelle wird an den Rückstellanschluß 110 eines bistabi- _: Jen Kippgliedes 112 angelegt das wiederum mit einem anderen bistabilen Kippglied 114 verbunden ist das ein positives Lese-Anforderungssignal an den Anschluß '*■ für die Steuerschaltung und gleichzeitig ein Potential abgibt um die UN3D-Glieder 106 und 108 zu schalten. *" Die UND-Glieder 106 und 108 sind mit den Eingangslei- ^tungen eines Antivalenz-Gliedes 118 verbunden, dessen Ausgang an den Steueranschluß eines bistabilen Zähl-Kippgliedes 120, an ein UND-Glied 122 und an ein ODER-Glied 124 angelegt wird. Ein Rückstellsignal (oder ein negatives Leseaufforderungs-Signal) vom

Kippglied 114 wird an den Rückstell-Anschluß des Kippgliedes 120 über ein ODER-Glied 126 angelegt. Der komplementäre P-Ausgangsanschluö des Kippgliedes 120 ist mit dem ODER-Glied 124 und einem weiteren ODER-Glied 128 verbunden. Ein positiver logischer Signalpegel wird über einen Widerstand 130 an das UND-Glied 122 so angelegt, daß dieses ein aktives Ausgangssignal nur erzeugt, wenn das Ausgangssignal des Antivalenzgliedes 118 auf diesen positiven logischen Pegel ansteigt. Der Ausgang von 122 ist mit dem ODER-

is Glied 128 und einem weiteren ODER-Glied 132 verbunden, das mit einem weiteren Eingang an den (?-Ausgangsanschluß des bistabilen Kippgliedes 120 angeschlossen ist. Ein an den Anschluß 134 angelegter Rückstellimpuls wird auch an das ODER-Glied 126 und von dort an den Rückstelleingang oder den R-Eingangsanschluß des Kippgliedes 120 gelegt. Die bisher beschriebenen Komponenten befinden sich zu der im nachfolgend beschriebenen Zeitdiagramm mit fo bezeichneten Zeit im Ruhezustand.

Die graphische Darstellung in F i g. 8 zeigt idealisierte Wellenzüge, wie sie in der in den F i g. 5,6 und 7 gezeigten Schaltung auftreten. Zu einem Zeitpunkt zwischen der Zeit to und fi erzeugt ein Aufschlag auf die Erde ein zugehöriges Paar primärer und sekundärer seismischer Wellen, wie sie durch die Kurven 142 und 144 dargestellt sind, die sich ausbreiten. Am Ausgang der Detektorschaltung 90 werden die Hüllkurven der Kurven 142 und 144 abgegeben, die durch die Kurven 146 und 148 dargestellt sind. Die Vergleicherschaltung % ist ein gesättigter Verstärker, der durch die an den Anschluß 98 angelegte Schwellenwertspannung (Th) vorgespannt ist und Rechteckwellen am Ausgangsanschluß 100 erzeugt, die durch die Kurven 152 und 154 dargestellt sind. Diese Rechteck-Wellen werden an die Anschlüsse 102 und 104 der Entfernungs-Analyseschaltung angelegt. Das Ausgangssignal des Antivalenzgliedes ist dargestellt durch eine Kurve 156 und das Komplementärsignal durch eine Kurve 158. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 132 zum Einschalten der Zählschaltungen ist dargestellt durch eine Kurve 160.

Irgendwann zwischen ίο und ii erzeugt also ein an der Peripherie auftretender Aufschlag ein P/S-Wellenpaar. Zur Zeit ii ist das durch die Kurve 146 dargestellte P-Analogsignal groß genug, um die Detektorvergleicher-Schwellenspannung zu errreichen und das Signal auf der P-Digitalleitung wird angehoben. Es bleibt hoch bis zur Zeit U, zu der das Analog-Signal wieder unter die Schwellenspannung zurückfällt Zur Zeit f₂ ist das S-Analogsignal groß genug, um die Vergleicher-Schwellenspannung zu erreichen, und das Signal auf der S-Digitalleitung wird angehoben. Es bleibt hoch bis zur Zeit £6, zu der das Analogsignal wieder unter die Vergleicherschwelle abfällt. P-Digital und S-Digital werden als Eingangssignal für den Entfernungsanalysator benutzt Sie werden über ein Sperrglied an das Antivalenz-Glied 118 geleitet Das »+ANTIVAL.«-Ausgangssignal des Antivalenzgliedes ist hoch, so bald sich P und S unterscheiden und steigt somit mit +P, fällt mit dem Ansteigen von +S, steigt wieder mit dem Abfallen von +P und geht herunter mit dem Abfallen von +S. Dieses Signal schaltet das Kippglied 120 ein, dessen Ausgangssignal über das ODER-Glied 132 drei Zähler 161, und 163 einschaltet Hierbei handelt es sich um in Reihe

geschaltete Vier-Bit-Zähler, die effektiv einen 12-Bit-Binärzähler bilden. Die Zähler werden von einem ersten Taktimpulszug Cl gespeist, der an den Anschluß 164 angelegt wird und aus Mikrosekundenimpulsen besteht, die in Intervallen von 400 Mikrosekunden auftreten. Während der Zeit ii -U wird kontinuierlich gezählt; diese »Zählzeit« ist dargestellt durch die Kurve 160 im Zeitdiagramm. Das Kippglied 120 und das ODER-Glied 118 halten das Signal auf der Zählzeitleitung hoch.

Die Zähler sind direkt mit den Registern 181,182 und 1S3 verbunden, und so enthalten diese immer das binäre Äquivalent der seit der Ankunft der P-Welle verstriche nen Zeit. Die Register 181,182 und 183 sind auf parallelen Eingabe- und Ausgabebetrieb geschaltet Sie werden durch das Abfallen des ersten Taktimpulses des Takisignais Cl geladen, das an den Anschluß 184 angelegt wird, nachdem die Zähler 161... 164 eingescnaltet sind. Der Takt C 2 ist ein verzögerter Takt Cl. Das erste Register 181 soll mit der Zeitdifferen^ zwischen der Ankunft der P-Welle und der S-Welle und die anderen beiden Register 182, 183 mit der Gesamtdauer der P-Welle geladen werden. Die Register werden eingeschaltet durch die Kippglieder 186 und 112, welche ihrerseits eingeschaltet werden durch die monostabilen Kippglieder 187, 188 und das an die Anschlüsse 110 gelegte Taktsignal C4. Das monostabile Kippglied 187 wird getriggert durch den Ein-Zustand des Kippgliedes 120 und das Ende des ersten Impulses der Kurve 158. Das monostabile Kippglied 188 wird getriggert durch den (^-Ausgang des Kippgliedes 120 und den Anfang des zweiten Impulses der Kurve 158. Obwohl in diesem Beispiel angenommen wird, daß der mit dem Anschluß 102 verbundene Fühler zuerst betätigt wird, arbeitet die Schaltung genauso, wenn der andere Fühler zuerst betätigt wird.

Mit dem Abfallen des Kippgliedes 112 wird das Kippglied 114 »Lesen Anforderung« eingeschaltet. Das Signal »Plus Lesen Anforderung« betätigt die PP/-Bildanzeige und veranlaßt die Absendung einer Unterbrechungsanforderung an das Datenverarbeitungssystem. »Minus Lesen Anforderung« wird benutzt, um eine binäre Adresse abzuleiten, die auch an das Datenverarbeitungssystem gesendet wird, und um (Kurve 174) jedes weitere P-Eingangssignal und 5-Eingangssignal zu sperren, bis der Analysator zurückgestellt wurde (Kurve 173). Die Zähldaten auf der Registerausgangsleitung gehen direkt zum Multiplexer und bleiben gültig, bis der Analysator zurückgestellt wurde.

Durch den Entfernungsanalysator werden automatisch zwei Arten von Fehlalarmen ausgesiebt Fehlalarme treten auf, wenn das Intervall zwischen der Ankunft der "-Welle und derjenigen der S-Weiie zu groß ist, oder wenn die Gesamtdauer zu lang is*.

Fehlalarme des ersten Typs (wenn das Zeitintervall zu lang ist), haben zwei Grundursachen: Elektrische Störungen oder Einkopplungen von einer Außenquelle induzieren ein Signal entweder auf dem P-Kanal oder auf dem 5-Kanal. In diesem Fall kommt nur ein digitales Signal am Analysator an und die Zeitdifferenz ist unendlich. Eine andere Ursache ist eine zu große Entfernung der Störungsquelle von der Peripherie. Als Beispiele dafür seien in der Nähe fahrende Züge, Lastzüge und Erdbeben genannt Diese blinden Alarme werden ausgesiebt, indem man über das UND-Glied 190 bei Vorliegen des Antivalenz-Impulses und beim Überlauf des -Zählers 161 das Flipflop 120 zurückstellt Da 17 Zählin- " ;tervalle von je 400 Mikrosekunden vorhanden sind, heißt das, daß die Bedingung ungültig wird, wenn die zweite Welle nicht innerhalb von 6,8 Millisekunden eintrifft. In Entfernung ausgedrückt entspricht das einem Abstand zwischen ungefähr 4 m und 13 m (14 und 42 Fuß) vom interessanten Umkreis, abhängig von der Ausbreitungsgeschwindigkeit im jeweiligen Gelände. Diese Zeiteinteilung ist dadurch verstellbar, daß man den Haupttaktgeber einstellt. Die obigen Zahlen basieren auf einem Takt von 400 Mikrosekunden, das Taktpulsintervall kann jedoch auf jeden gewünschten Wert zwischen 200 Mikrosekunden und einer Millisekunde eingestellt werden.

Wenn die Gesamtdauer der Wellen zu groß ist, werden Fehlalarme durch große Aufschläge, beispielsweise Explosionen, an die Laderampe anstoßende Lastzüge oder in der Nähe fallende große Gegenstände ausgelöst. Wenn der ietzie Zähler überläuft (2,5 Sekunden bei einer Takteinstellung von 400 Mikrosekui:den), wird das für die Zeitdauer zuständige monostabile Kippglied gesperrt und das Kippglied 120 durch das UND-Glied 192 über das ODER-Glied 126 zurückgestellt.

Obwohl vom zweiten und dritten Register darstellungsgemäß acht Ausgangsleitungen verfügbar sind, müssen nur vie,'· an den Multiplexer angeschlossen werden. Welche vier Leitungen ausgewählt werden, ist nicht vorgeschrieben und hängt ab von der Größe der Zeitschritte, die in der Mustererkennung und ähnlicher Programmierung an einer bestimmten Stelle berücksichtigt werden sollen.

Von einem an die Anschlüsse 102 und 104 angeschlossenen Geophonpaar wird ein Geophon als erstes Geophon (P) und das andere als zweites Geophon (S) bezeichnet. Bei einem Aufschlag, der in einer Linie auftritt, die rechtwinklig zur Peripherie verläuft und ihren Ursprung an einem Geophonpaar hat, empfängt das P-Geophon eine reine primäre oder P-Welle und das S-Geophon eine reine Sekundär- oder S-Welle. Für Aufschläge auf einer Linie, die irgendeinen anderen Winkel zur Peripherie bildet, erscheint ein Teil der P-Welle auch am S-Geophon. Diese Wellenkomponenten ändern sich mit dem Sinus des Winkels. Bei 90° liegt die volle P-Welle auf dem P-Geophon und die volle S-Welle auf dem S-Geophon. Bei 67,5° (in demselben Abstand) fällt die P-Komponente am P-Geophon auf ungefähr 90% ab und eine P-Komponente gleich ungefähr 38% der vollen P-Welle erscheint gleichzeitig auf dem S-Geophon. In ähnlicher Weise erscheint auf dem P-Geophon gleichzeitig eine S-Komponente von etwa 38% und die S-Welle am S-Geophon ist um ungefähr 10% reduziert Bei 45° empfangen beide Geophone auf ungefähr 70% des Spitzenwertes, der bei 90° auftritt, reduzierte Wellen. Somit arbeitet eine erfindungsgemäße Schaltung für P- und S-Weilen, die aus jeder beliebigen Richtung ankommen, vollwertig.

Die Richtungsanalyseschaltung 70 hat die Aufgabe, digitale Information an den Multiplexer zu liefern, aus der die Richtung des Aufschlags relativ zu einem Geophonpaar bestimmt werden kann. Diese Bestimmung erfolgt durch zwei Analog/Digital-Umsetzer und Registerschaltungen, wie sie in den. F i g. 5, 6 und 7 gezeigt sind. Im wesentlichen besteht der Richtungsanalysator aus konventionellen Schaltungsteilen, die nach Darstellung in Fig.9 verbunden sind. Die analogen P- und S-Wellen, dargestellt durch die Kurven 146,148 werden an die Anschlüsse 202 und 204 angelegt Die UND-Glieder 206 und 208 arbeiten wie in der Entfernungsanalyseschaltung. Die Analog/Digital-Umsetzerschaltung ist durch die Funktionsblöcke 212 und 214 dargestellt Bei Freigabe durch einen Impuls vom Leseanforderungs-

Kippglied 114 am Anschluß 116, angelegt an den Anschluß 2iö aes Richtungsanalysators, werden digitale Daten in eine konventionelle Dividierschaltung 218 Obertragen, vorzugsweise in einen Teil des programmierten Datenverarbeitungssystems. Die Ausgabedaten dei Dividierschaltung· 218 werden dann, vorzugsweise im Datenverarbeitungssystem in einer Tabellenverarbeitungseinrichtung 220, in die Peildaten (Winkelwert) umgewandelt, und die Peildaten werden an die Ausgangsanschlüsse 222 geliefert, die mit dem Multiplexer verbunden sind. Ein definitiver Vorteil der Tabellenverarbeitung für diese Anwendung ist die Möglichkeit, für bestimmte Peilwinkel (z. B. zwischen 0 und 5°) eine feinere Auflösung anzuwenden und so denselben Wirkungsgrad in der Bestimmung der Eindringstelle zu erreichen, wie für andere Peilwinkel (z. B. zwischen 70 und 90°).

Wie sihon kurz besprochen wurde, ändern sich die Größe der P-Wellenkomponente auf dem S-Kanal und die Größe der S-Wellenkomponente auf dem P-Kanal, entsprechend dem Sinus des Winkels von einer der Achsen, die durch das orthogonale Geophonpaar gebildet werden. Wenn die Peripherie (Richtung des S-Geophons) mit 0° angenommen wird, dann hat die rechtwinklig dazu in Richtung des P-Geophones verlaufende Linie 90°. C»er Spitzenwert der S-Wellenkomponente ändei t sich mit dem Sinus des Winkels, gemessen von 0° oder mit dem Kosinus des Winkels, gemessen von 90° aus. Die Größe der P-Wellenkomponente ändert sich ir.it dem Sinus des Winkels, gemessen von 90°; das Verhältnis der Größen, die beim Höchstwert der P-Welle vorliegen, ergibt daher den Tangens des Winkels, gemessen von 90°.

Analogsignale von den Detektorschaltungen werden im A/D-Umsetzer im 3-Bit-Digitaldarstellung umgewandelt. Das ergibt acht mögliche Winkelwerte pro Quadrant. Diese Information reicht aus, um die Richtung bis auf 11° zu bestimmen. Genauere Peilungen erhält man leicht durch Vergrößerung des A/D-Umsetzers und der Verarbeitungsschaltung. Das Digitalregister wird geladen, wenn die Spitze des ersten Analogsignales ankommt. Die Anordnung bestimmt die zuerst ankommende Welle durch Vergleich der Spitzenwerte.

Eine Spitzendetektorschaltung die für die erfindungsgemäße Anordnung geeignet ist, ist funktionell in F i g. 10 gezeigt. Eine Analogwelle (Kurve 142 oder 144, oder aber vorzugsweise die Hüllkurve 146 oder 148) wird an die Eingangsanschlüsse 230 angelegt Ein aui den Widerständen 232 und 233 bestehender Spannungsteiler koppelt die Welle an die Gleichrichterdiode 236. Ein Pegeleinstellpotential wird über einen Begrenzungswiderstand 238 angelegt, um das resultierende Signal an eine AR-Verstärkerschaltung 240 zu geben. Das Ausgangssignal derselben wird über eine weitere Üiode 242 an einen Spitzensignal-Speicherkondensator 244 gegeben. Dieser A'ird auf Null oder eine vorbestiminte Ladung zurückgestellt durch Anlegen eines Rückstellimpulses an einen Anschluß 234 (wie beim Anschluß 134 des Richtungsanalysators) über einem Inverter 246. Die Ladung vom Kondensator wird an eine andere AR-Verstärkerschaltung 248 angelegt, und deren Ausgangssignal, das ein Maß des integrierten Bereiches unter der Hüllkurve 146 oder 148 ist, wird an die Ausgangsklemmen 250 gegeben.

Viele unerwünschte Daten, wie sie durch Wind, Regen und Rayleigh-Oberflächenwellen hervorgerufen werden, würden ebenfalls abgefühlt, werden aber dadurch eliminiert, daß man die optimale Eigenfrequenz der Geophone wählt Für das hier beschriebene System wurden Geophone mit einer Eigenfrequenz von 100 Hz gewählt Das Geophonausgangssignal wird durch ein Filter geleitet um Signale über 110 Hz und unter 90 Hz zu dämpfen, und so erhält man ein Reaktionsband, das um 100 Hz zentriert ist und somit irn Bereich der kleinsten Umgebungsstörung liegt Die dargestellte Spitzendektorschaltung wird zur Bestimmung der Art des Eindringlings in einem Mustererkennungsprozeß benutzt.

ic Der Integralwert des Bereichs unter der Kurve, wie er an die Ausgangsklemmen 250 gelegt wird, stellt die Masse oder das Gewicht des Eindringlings dar. Ein Mann läßt sich auf diese Weise in der Vorhersage von einem Pferd unterscheiden usw. Die Spitzensignalgröße, die von den in einem System benutzten Geophonen abgefühlt wurde, lag zwischen 100 Millivolt für einen Fußschritt bei Om bis etwa lOOMikrovolt für einen Fußschritt bei 6 m (20 Fuß) Entfernung. Die Dauer lag zwischen 10 und 500 ms. Messungen wurden in einem

A Abstand von 300 m (ca. 1000 Fuß) von den Fühlern vorgenommen.

In F i g. 1 ist eine Grenzlinie mit mehreren Fühlern oder Geophonpaaren 21, 22, 23, 24 gezeigt, die einen Teil der Umkrei .grenze (Peripherie) um das Gebäude 10 bilden. Diese einfache Anordnung ist angemessen als Schutz gegen Eindringlinge, die von einer Seite der Linie auf die andere Seite kommen und umgekehrt. Die in unterbrochenen Linien dargestellte trigonometrische Auswertung zeigt klar die Zweideutigkeit der Lage des Eindringlinges. Solange man von einem Eindringling wissen will, ob er eintritt oder sich in der geschützten Zone befindet reicht diese Anordnung aus. In vielen Fällen will man jedoch die Leute innerhalb der Zone zu bestimmten Zeiten oder während der Geschäftsstunden ignorieren. In einem solchen Fall werden die Geophone abgstuft oder in zwei Reihen verlegt, wie es für die Geophonpaare 321, 322, 323 und 324 gezeigt ist. Mit dieser einfachen Änderung lösen Daten von drei Geophonpaaren die anderweitig vorhandene Zweideutigkeit fehlerfrei.

Ein anderes Merkmal dieses Peripherie-Schutzsystems besteht darin, daß eine geschützte Zone willkürlicher Breite leicht festgelegt und dazu benutzt werden kann, Fehlalarme von außerhalb der Zone zu verhindem. Ein Aufschlag, beispielsweise ein Fußschritt an einem Punkt innerhalb der durch die Linien 326, 328 abgegrenzten Zone oder an einem Punkt außerhalb dieser Zone erzeugt seismische Wellen, die von den Geophonpaaren abgefühlt werden; die Zeitdifferenz in den P-S-Wellen, hervorgerufen durch einen Aufschlag an der Innenseite, ist jedoch notwendigerweise wesentlich kürzer als die Zeitdifferenz die sich bei einem Aufschlag außerhalb der Zone ergibt. Das ist einfach darauf zurückzuführen, daß die Zeitdifferenz bei den Ankiinftszeiten proportional ist dem linearen Abstand von der Quelle zu den Fühlern. Die Zonung erfolgt durch Auswahl einer beliebigen Zeit entsprechend der gewünschten Zonenbreite so, daß Zeitunterschiede, die kleiner sind als die gewählte Zeit, als gültig akzeptiert werden und Zeitunterschiede, die größer sind, ignoriert werfen.

Zusammenfassung

Die Aufgaben der Erfindung werden gelöst in einem System s:ur Abfühlung mehrerer unterschiedlich fortschreitender Erschütterungswellen, die von einem Eindringling ausgelöst werden, durch Analyse der Wellen auf Unterschiede in der Geschwindigkeit, Intensität,

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Feststellung von über eine Grenzlinie in einen Sicherheitsbereich gelangenden Eindringlingen mit Hilfe von zum Erfassen hierbei ausgelöster Schallwellen dienenden Geophonen, deren Ausgangsanschlüsse mit einem Rechensystem zur Auswertung der von den Geophonen übertragenen elektrischen Signale hinsichtlich Richtung und Art der schallauslösenden Quellen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die durch entsprechende Anordnung von als Seismometer wirkenden elektroakustischen Wandlern (36,44,46,47, 50; 56; 58) drei senkrecht zueinandcritehende Wirkungsriciitungen maximaler Empfindlichkeil aufweisenden Geophone (21,22) längs der Grenzlinie (326) derart angeordnet sind, daß eine dieser Wirkungsrichtungen im wesentlichen senkrecht zum Umfang |les Sicherheitsbereichs (10, 12, 18) zur Erfassung von ausgelösten Longitudinalwellen (P) und eine andere dieser Wirkungsrichtungen im wesentlichen tangential zum Umfang des Sicherheitsbereichs (10, 12,18) zur Erfassung von Transversalwellen (S) ausgerichtet sind, und daß die den Wellentypen (P. S) entsprechenden elektrischen Signale dem Rechensystem (68, 70, 74) als Eingangsvariable vorgegeben sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geophone (21, 22) jeweils über eine Vorverstärker- und Detektorschaltung (66), welche, jedem elektroakustischen Wandler (56, 58) zugeordnet, einen auf eine der Eigenfrequenzen des zugeordneten elektroakustischen Wandlers (56 oder 58) entsprechenden Mittenfrequenz eingestellten Bandpaß (82), einen geregelten Verstärker (86) und einen Analog-Digital-Wandler (90, 96, 98) enthält, mit dem Rechensystem (68,70,74) verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Rechensystem (68, 70, 74) enthaltene Meßwert-Analyseeinrichtung eine Entfernungsbestimmungsschaltung (68, F i g. 5), die aufgrund der jeweils von den elektroakustischen Wandlern (56, 58) eines Geophons (21, 22) entsprechend den Wellentypen (P. S) zugeführten elektrischen Signale an ihrem Ausgang Daten bereitstellt, die ein Maß für den Zeitunterschied bezüglich des Eintreffens dieser Wandlersignale liefern, woraus die Entfernung eines Eindringlings bestimmt werden kann, und ferner eine Richtungsbestimmungsschaltung (70) aufweist, die im Ansprechen auf die Wandlersignale an ihrem Ausgang Daten bereitstellt, die ein Maß für das Amplitudenverhältnis beider Wandlersignale liefern, woraus die Richtung des Eindringlings relativ zi¹ einem Geophonpaar bestimmt werden kann.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Meßwert-Analyseeinrichtung enthaltene Entfernungsbestimmungsschaltung (68; Fi g. 5) zwei Eingänge zur Zuführung von aus den Ausgangssignalen eines Wandlerpaares abgeleiteten Zweipegelsignalen besitzt, welche mit einem Antivalenzglied (118) verbunden sind, dessen Ausgang an den Steuereingang einer bistabilen Kippschaltung (120) angeschlossen ist und daß eine Zähleinheit (161, 162, 163). die mit einer Zähltaktimpulsquelle (Cl) verbunden ist, mit ihrem Steuereingang an einem Ausgang der bistabilen

Kippschaltung liegt

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entfernungsbestimmungsschaltung (Fig.6) Einrichtungen (126, 192) vorgesehen sind, um bei Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes die bistabile Kippschaltung (120) zurückzustellen.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerpaare (332,323,324,325) abwechselnd versetzt zueinander dem Verlauf der Grenzlinie folgend angeordnet sind, deren Signale zur eindeutigen Ortsbestimmung einer trigonometrischen Auswerteeinrichtung zuführbar sind.