DE3100936A1

DE3100936A1 - "eindringlingwarnanlage"

Info

Publication number: DE3100936A1
Application number: DE19813100936
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Kyoto Inoue; Hiroshi Hirakata Ohashi; Yuji Neyagawa Takada
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1980-01-15
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1981-12-03
Also published as: DE3100936C2; AU542678B2; DE3152533C2; SE450673B; FR2473764A1; FR2473764B1; IT8167033A0; AU6624081A; GB2069206A; SE8100184L; IT1210603B; GB2069206B

Description

15. Januar 1980, Japan, Nr. Sho 55-3330 31. März 1980, Japan, Nr. Sho 55-42324 28. November 1980, Japan, Nr. Sho 55-

Die Erfindung betrifft eine Eindringlingwarnanlage, bei der eine Antenne verwendet wird, der eine Wechselspannung aufgeprägt wird.

Figur 1(a) zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels einer herkömmlichen Eindringlingwarnanlage, bei der ein elektrisches Feld gezeigt wird, wie sie in der US-PS 4 064 499 gezeigt ist. Bei der in Figur 1(a) gezeigten Anlage wird eine Spannung einer hohen Frequenz, beispielsweise etwa 9750 Hz, die durch Figur 2(E) dargestellt und von einer Signalgeneratorschaltung E erzeugt wird, zwischen einem Felddraht S und dem Boden angelegt. Eine Spannungsänderung, die in einer Antenne A induziert wird, die in einem im wesentlichen gleichmäßigen Abstand g vom Felddraht S angeordnet ist, wird festgestellt und zur Erzeugung eines einen Eindringling feststellenden Signals verarbeitet. Die Spannungsänderung aufgrund des Eindringlings wird folgendermaßen festgestellt:

POSTSCHECKKONTO: MÖNCHEN 50175-809

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Vorausgesetzt, daß ein Widerstand zwischen der Antenne und dem Boden, d.h., eine Eingangsimpedanζ eines Verstärkers ausreichend groß ist, ist gemäß des Ersatzschaltbildes der Figur 1(b) die induzierte Spannung V für den Fall, daß kein Eindringling vorhanden ist, gegeben durch

V = . e (D

Dabei bedeuten:

C₁,: eine Kapazität zwischen dem Felddraht S und der Antenne A

C_ : eine Kapazität zwischen der Antenne und dem Boden oder Grund

e : eine Spannung des an den Felddraht S angelegten Hochfrequenzsignals .

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NACHQEREICHTI

Betrachtet man nun den Körper des Eindringlings als einen elektrischen Leiter und ist die Kapazität zwischen dem Körper des Eindringlings und der Antenne A gleich C_M, ergibt sich eine induzierte Spannung V , wie sie durch die folgende

Gleichung (2) gezeigt ist:

a ~ ρ ₊ η + r * ^e ^ 1 ' ο Μ

Die induzierte Spannung wird mittels eines Verstärkers 7 verstärkt, dann von einer Detektorschaltung 10 detektiert und nach dem Passieren eines Bandpaßfilters 9 auf eine Schwellenwertschaltung 10 geführt, wo ihr Eingangswert V¹ mit einem

vorbestimmten Schwellenwert V , verglichen wird.

Wenn beispielsweise ein Mann durch das elektrische Feld der Antenne A hindurchgelangt, wie es in Fig. 1(c) gezeigt ist, ändert sich infolge der Änderung der Kapazität C die induzierte Spannung V gemäß Fig. 2(V ) . Und daher ändert sich die Eingangsspannung V an der Schwellenwertschaltung 10, wie

es durch die Fig. 2(V ) und durch die Fig. 1(d) dargestellt

ei

ist. Wenn die Eingangsspannung V niedriger wird als der vor-

bestimmte Schwellenwert V , ,

sendet die Schwellenwertschaltung 10 zu der in Fig. 2(V ) ge-

zeigten Zeit t.. ein Ausgangssignal an eine Warnschaltung 6, die, wie es in Fig. 2(V ) gezeigt ist, zur Zeit t₁ ein Warnsignal abgibt, um eine Lampe aufleuchten oder einen Summer oder eine Klingel ertönen zu lassen.

Bei einer solchen herkömmlichen Eindringlingdetektoranlage werden zwei Drähte S und A verwendet. Wenn ein starker Wind bläst, besteht eine Wahrscheinlichkeit, daß sich der Abstand zwischen den beiden Drähten beträchtlich ändert. Dadurch wird eine unerwünschte Änderung der Kapazität C₁ zwischen den beiden Drähten erzeugt. Und daher besteht die Wahrscheinlichkeit, daß falscher Alarm gegeben wird. Wenn der zu schützende Bereich groß ist, ist es außerdem teuer, zwei Drähte mit gleichförmigem Abstand zu installieren. Und manchmal ist dies auch

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·?■

aufgrund der Besonderheiten der Landschaft schwierig.

Ferner wird die Empfindlichkeit der Detektion stark durch Änderungen der Kapazität C zwischen dem Antennendraht S und dem Grund beeinflußt, die von der Länge des Antennendrahtes S und der Höhe des Antennendrahtes S über dem Grund abhängt. Daher besteht bei der herkömmlichen Anlage das Problem, daß die Einrichtung nicht unbedingt eine Empfindlichkeit aufweist, wie sie konzipiert worden ist, da die Konzipierung für einen mittleren Antennendraht mittlerer Höhe und Länge gemacht worden ist, oder in anderen Worten, die Einrichtung ist lediglich für einen begrenzten Höhen- und Längenbereich der Antenne verwendbar. Ein Paar Drähte vorzusehen kann außerdem im Einzelfall aufgrund von Umgebungsbedingungen schwierig sein.

Überdies weist die herkömmliche Anlage ein weiteres Problem auf, das darin besteht, daß das Auftreten eines falschen Alarms möglich ist, und zwar aufgrund der Erzeugung einer Schwebung zwischen dem der Antenne zugeführten Hochfrequenzsignal und einer hohen Harmonischen der Frequenz der in dem geschützten Bereich vorhandenen Wechselstromenergie (Netzspannung). Eine solche Schwebung erzeugt ein Signal sehr niedriger Frequenz, wie 0,1 bis 2 Hz, und ein Signal mit derart niedriger Frequenz gelangt durch das Bandpaßfilter 9 und läßt die Alarmschaltuag 6 einen falschen Alarm geben. Zur Vermeidung einer solchen fälschen Alarmgabe ist es aus der US-PS 4 664 499 bekannt, die der Antenne zuzuführende Hochfrequenz-Schwingungsenergie mittels einer komplizierten Frequenzverriegelungsschaltung zu verriegeln oder die Alarmabgabe mit Hilfe des Ausgangssignals einer Schwebungsfrequenzdetektorschaltung (BFD = beat frequency detector) zu sperren, wenn die Wechselstromenergiequellenfrequenz auf einen solchen Wert gelangt, daß die unerwünschte Schwebung erzeugt wird. Die erste Maßnahme, d.h., die Verwendung der Frequenzverriegelungsschaltung (FLC = frequency lock circuit) ist sehr kompliziert, was zu einer Erhöhung der Kosten der Anlage führt, und die zweite

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Maßnahme, d.h., die Sperrung des Alarms, weist die Gefahr auf, daß die Eindringlingdetektion zu unterbrochen wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Probleme der herkömmlichen Exndringlingwarnanlage zu überwinden .

Eine Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben und kann dexii weiteren Ansprüchen gemäß vorteilhaft weitergebildet werden.

Bei einer erfindungsgemäßen Exndringlingwarnanlage zum Anzeigen, daß sich ein Eindringling in einem bestimmten Bereich aufhält, ist eine einzige Antennenleitung vorgesehen, die den Bereich einkreisend umgibt und vom Grund isoliert ist. Ein Hochfrequenzoszillator (mit einer Frequenz von beispielsweise 1 kHz bis 10 kHz) führt der Antenne das Hochfrequenzsignal zu. Zwischen den Ausgangsanschluß des Oszillators und die Antenne ist eine Kopplungsimpedanz geschaltet, beispielsweise ein Kondensator. Ein Signalverarbeitungsteil erzeugt ein Alarmsignal, wenn eine durch die Annäherung eines Eindringlings verursachte Änderung der Antennenspannung festgestellt wird, die über einem vorbestimmten Wert liegt.

Mit der erfindungsgemäßen Anlage kann man die Zahl der rund um den geschützten Bereich anzuordnenden Drähte auf einen einzigen Draht verringern, wodurch die Kosten der Anlage reduziert werden,, und kann man außerdem falsche Alarmgaben verringern. Mit der erfindungsgemäßen Anlage kann man zudem den Eindringlingalarm mit hoher Empfindlichkeit unabhängig von einer Änderung der Länge oder der Höhe des Antennendrahtes erreichen. Und ferner kann man einen zuverlässigen Schutz ohne Sperrzeit der Anlage unbesehen von Änderungen der Frequenz der Energiequelle erreichen, und dies ohne komplizierte Schaltung.

Im folgenden werden die Erfindung und vorteilhafte Weiter-

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bildungen dieser Erfindung anhand von Ausführungsforraen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1(a) ein Blockschaltbild eines Beispiels einer herkömmlichen Eindringlingwarnanlage;

Fig. 1(b) ein Ersatzschaltbild der in Fig. 1(a) gezeigten Anlage;

Fig. 1(c) eine schematische Darstellung/ die zeigt, wie sich eine Person unter einer Antenne der Anlage hindurchbewegt;

Fig. 1(d) eine graphische Darstellung der Änderung des Eingangssignals des in Fig. 1(a) gezeigten Verstärkers 7 in Abhängigkeit von den Positionen in Fig. 1 (c) ;

Fig. 2 Signalformen elektrischer Signale an verschiedenen Stellen der Anlage nach Fig. 1 (a) ;

Fig. 3(a) ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführung s form;

Fig. 3(b) , (c) und (d)

Schaltungsdarstellungen von Beispielen für die Kopplungsimpedanz 2 in Fig. 3(a);

Fig. 3 ν2) , (f) und (g)

Schaltungsdarstellungen von Beispielen für die Eingangsimpedanz 3 in Fig. 3(a);

Fig. 4(a) Signalformen elektrischer Signale an verschiedenen Stellen der Anlage nach Fig. 3(a);

Fig. 4(b) eine schematische Darstellung, die zeigt, wie sich eine Person unter einer Antenne der erfindungsgemäßen Anlage hindurchbewegt;

Fig. 4(d) eine graphische Darstellung der Änderung des Eingangssignals am Verstärker 7 der Fig. 3(a) in Abhängigkeit von der Position in Fig. 4(b) ;

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Fig. 5 in detaillierter Darstellung den Aufbau eines Ausführungsbeispiels des Oszillators 1 in Fig. 3(a), wobei relevante Teile in gestrichelten Linien dargestellt sind;

Fig. 6 ein noch weiter ins Einzelne gehendes Schaltbild des Schaltungsbeispiels nach Fig. 3(a) mit dem in Fig. 5 gezeigten Oszillator 1;

Fig. 7 Signalformen elektrischer Signale an verschiedenen Stellen der Anlage nach Fig. 6, zur Erläuterung der Wirkung der Schwebungsausschaltung;

Fig. 8 eine Frequenzspektrumdarstellung zur Erläuterung der Schwebung;

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zur Ausschaltung einer Falschwarnung durch Schwebung;

Fig. 10 eine Frequenzspektrumdarstellung zur Erläuterung der Schwebungsausschaltung in Fig. 9;

Fig.11(a) eine Darstellung der Beziehung zwischen der Detektionsspannung AV und der Kapazität C eines Kopplungskondensators als erfindungsgemäße Kopplungsimpedanz 2;

Fig.11(b) eine Darstellung der Beziehung zwischen der Detektionsspannung Δν" und dem Widerstandswert R_1n eines Kopplungswiderstandes als erfindungsgemäße Kopplungsimpedanz 2;

Fig.11(c) ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Kopplungsimpedanz 2;

Fig.11(d) ein ausführliches Schaltbild eines Beispiels eines erfindungsgemäßen KopplungswiderStandes; und

Fig.11(e) ein ausführliches Schaltbild eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Kopplungskapazität.

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Die Erfindung wird nachfolgend ausführlich anhand der Fig. 3(a) erläutert und danach werden erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele vorgestellt. In Fig. 3 (a) , die ein Blockschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt, ist eine Antenne 4 über eine Kopplungsimpedanz 2 mit einem Hochfrequenzoszillator 1 verbunden, so daß der Hochfrequenzstrom vom Oszillator 1 über die Kopplungsimpedanz 2 auf die Antenne geführt wird. Eine Eingangsimpedanz 3 ist zwischen die Antenne 4 und die Erde geschaltet. Die Hochfrequenzspannung über der Eingangsimpedanz 3 wird einem Signalverarbeitungsteil 5 eingegeben, der einen Verstärker 7, einen Detektor 8, ein Bandpaßfilter 9 mit sehr niedriger Paßbandfrequenz, wie 0,08 bis 0,3 Hz, eine Schwellenwertdetektorschaltung 10 und eine Alarmschaltung 6 umfaßt.

Die Kopplungsimpedanz 2 ist beispielsweise ein Kondensator, eine Induktivität oder ein Widerstand. Eine ausführliche Erläuterung in Hinblick auf deren Wert wird später gegeben. Als Eingangsimpedanζ 3 kann ein großer Widerstand dienen oder eine hochohmige Impedanzschaltung, wie eine Resonanzschaltung mit paralleler LC-Schaltung, die eine Resonanzfrequenz aufweist, die im wesentlichen gleich der Frequenz des Oszillators 1 ist und die daher für diese Frequenz eine sehr hohe Impedanz zeigt.

Unter aer Voraussetzung, daß die Impedanz zwischen der Antenne 4 und der Erde bzw. dem Grund ausreichend groß ist, ist die induzierte Spannung V für den Fall, daß kein Eindringling vorhanden ist, gegeben durch

Dabei bedeuten:

Cj: die Kapazität der Kopplungsimpedanz 2 C₀: die Kapazität zwischen der Antenne 4 und der Erde e : die Spannung des vom Oszillator 1 gelieferten Hochfrequenzsignals.

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Betrachtet man den Körper des Eindringlings als einen elektrischen Leiter und ist die Kapazität zwischen dem Körper des Eindringlings und der Antenne 4 gleich CL., ergibt sich eine induzierte Spannung V gemäß folgender Gleichung (4):

Cl
V' = · . e (4)

Die induzierte Spannung V' wird mittels des Verstärkers 7 verstärkt, dann mit der Detektorschaltung 8 detektiert und nach dem Passieren des Bandpaßfilters 9 auf die Schwellenwertschaltung geführt, wo deren Eingangswert V mit einem vorbestimmten

et

Schwellenwert V,, _ verglichen wird.

Wenn eine Person durch das elektrische Feld der Antenne 4 gelangt, wie es in Fig. 4(b) dargestellt ist, ändert sich die induzierte Spannung gemäß Fig. 4(V¹ ) aufgrund der Änderung

3.

der Kapazität C,., und daher ändert sich die Eingangsspannung V₌ an der Schwellenwertschaltung 10 gemäß Fig. 4 (V ) und 4(c).

CL

Wenn die Eingangsspannung V kleiner wird als der in Fig. 4(V_a) gezeigte vorbestimmte Schwellenwert V.,_, und zwar zu der in

Fig. 4(V ) gezeigten Zeit t₁, gibt die Schwellenwertschala ι

tung 10 ein Ausgangssignal an die Warnschaltung 6, die zur

Zeit t, ein Warnsignal abgibt, wie es in Fig. 4(V ) gezeigt ι s

ist, um eine Lampe zum Leuchten oder eine Klingel zum Tönen zu bringen.

Die Gleichungen (3) und (4) sind im wesentlichen den Gleichungen (1) und (2) gleich, wie leicht verständlich ist. Daher ist es offensichtlich, daß es auf die gleiche Weise wie bei der herkömmlichen Anlage nach Fig. 1(a) möglich ist, den Eindringling durch eine Spannungsänderung an der Antenne 4 festzustellen, wie im Fall der Erfindung ein einziger Felddraht. Da lediglich ein einziger Antennendraht verwendet wird, besteht kein Problem, daß ein starker Wind eine unerwünschte Änderung eines Draht-zu-Draht-Abstandes zwischen parallelen Drähten bewirkt, und die Kosten des Aufhaus der Anlage sind verringert. Für den Aufbau des Drahtes ist es

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• Al-

lediglich erforderlich, die Höhe des Drahtes gleichmäßig über der Erde zu halten. Und das Eindraht-Antennensystern ist weniger empfindlich gegenüber durch Wind erzeugte unerwünschte Schwingungen als die herkömmliche Zweidraht-Anlage. Und daher besteht eine geringere Möglichkeit für Falschalarm.

Für die Kopplungsimpedanζ 2 können andere Impedanzen, wie die in Fig. 3(c) gezeigte Induktivität, der in Fig. 3(d) gezeigte Widerstand und eine zusammengesetzte Impedanz, die durch Verbinden des Kondensators, der Induktivität und des Widerstandes gebildet wird, verwendet werden.

Für die Eingangsimpedanζ 3 wird gewöhnlich ein hoher Widerstand verwendet, wie er in Fig.3(e) gezeigt ist. Es können jedoch andere Eingangsimpedanzen verwendet werden, beispielsweise eine Parallelresonanzschaltung, wie sie in Fig. 3(f) gezeigt ist, oder eine Induktivität, wie sie in Fig. 3(g) gezeigt ist. Verwendet man die in Fig. 3(f) gezeigte Eingangsimpedanz, wählt man die Frequenz von deren Resonanzschaltung vorzugsweise so, daß sie in der Nähe der Schwingfrequenz des Hochfrequenzoszillators 1 liegt oder dieser im wesentlichen gleich ist, so daß die Änderung des EingangsSignaIs des Verstärkers bei Feststellung eines Eindringlings sehr scharf ist, und zwar aufgrund des scharfen Gradienten der Resonanzkurve, wodurch eine hohe Empfindlichkeit erzeugt wird.

Es ist auch möglich, einen oder mehrere zusätzliche Antennendrähte 4" vorzusehen, der bzw. die in Reihe mit einer bzw. mehreren zusätzlichen Kopplungsimpedanzen geschaltet sind, die mit einem einzigen gemeinsamen Hochfrequenzoszillator verbunden ist bzw. sind, und mit einem zusätzlichen Signalverarbeitungsteil verbunden ist bzw. sind.

Fig. 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für den Oszillator 1, mit dem die Eindringlingalarmanlage eine hohe Stabilität gegenüber Harmonischen des elektrischen Feldes einer kommerziellen Wechselstromenergiequelle (Netzspannungsquelle)

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erhalten kann, so daß die Anlage keinen falschen Alarm aufgrund einer zwischen den höheren Harmonischen und dem Oszillatorsignal erzeugten Schwebung abgibt. Das Merkmal des Aufbaus des Oszillators nach Fig. 5 besteht darin, daß er eine Oszillatorschaltung 15 umfaßt, die bei zwei verschiedenen Frequenzen schwingen kann und die mittels einer ihr zugeführten Frequenzumschaltungssteuerschaltung umgeschaltet wird, und daß er einen Schwebungsdetektorblock 19 umfaßt, der das Auftreten einer Schwebung niedriger Frequenz feststellt und ein der Oszillatorschaltung 15 zuzuführendes Steuersignal abgibt.

Der Schwebungsdetektorblock 19 umfaßt einen Mischer 11, eine Detektorschaltung 12 mit einem Bandpaßfilter, eine Schwellenwertschaltung 13 und eine Frequenzumschaltungssteuerschaltung 14 in der angegebenen Reihenfolge, und er gibt das Fr equenzumschaltungssteuersignal auf die Oszillatorschaltung 15. Die Mischerschaltung 11 mischt den Netzspannungsstrom und das hochfrequente Ausgangssignal der Oszillatorschaltung 15 und gibt das Mischsignal ab, d.h., ein Bezugsschwebungssignal zwischen den Harmonischen des Netzspannungsstroms und des hochfrequenten Ausgangssignals. Die das Bandpaßfilter umfassende Detektorschaltung 12 richtet das gemischte Signal gleich, d.h., das Bezugsschwebungssignal von der Mischerschaltung 11. Die Schwebungsschwellenwertschaltung 13 gibt ein Ausgangssignal ab, wenn die Schwebungsfrequenz niedrig und daher das Ausgangssignal der Detektorschaltung 12 größer als eine vorbestimmte Schwelle wird. Die Frequenzumschaltungssteuerschaltung 14 ist eine Schaltung, die ein Ausgangssignal mit hohem (H) oder niedrigem (L) Wert abgibt und ist beispielsweise aus einer T-Flipflop-Schaltung, die durch das Ausgangssignal der Schwebungsschwellenwertschaltung 13 angesteuert wird, und einem Komparator, der das Frequenzumschaltungssteuersignal an die Oszillatorschaltung 15 abgibt, zusammengesetzt.

Die Schaltung in Fig. 5 arbeitet folgendermaßen: Wenn die Frequenz der kommerziellen Wechselspannungsenergiequelle (Netzspannungsquelle) driftet und die Schwebungs-

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• /S·

frequenz zunehmend niedriger wird, erhöht sich die Amplitude des Schwebungsausgangssignals zunehmend, wie es durch den linken halben Teil der Fig. 7(G) gezeigt ist. Dann wird das Ausgangssignal des Schwebungsdetektors 12, das eine Integration des in Fig. 7(H) gezeigten Halbwellen-gleichgerichteten Signals ist, zunehmend größer, wie in Fig. 7(1) gezeigt ist. Wenn dann das Schwebungsdetektorausgangssignal (I) einen vorbestimmten Schwellenwert V_ßth überschreitet, gibt die Schwellenwertschaltung 13 ein in Fig. 7(J) gezeigtes Impulssignal ab, das die Flipflop-Schaltung in der Frequenzumschaltsteuerschaltung 14 kippt und zu einer Änderung der Ausgangsspannung der letzteren Schaltung 14 führt. Deshalb gibt die Frequenzumschaltsteuerschaltung 14 danach ein Signal an die Oszillatorschaltung 15 ab. Ein ins Einzelne gehender Schaltungsaufbau der Schaltung nach Fig. 5 ist in Fig. 6 gezeigt. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, wird das Ausgangssignal L des Komparators der FrequenzumschaltSteuerschaltung 14 mit der in Fig. 7(K) gezeigten Signalform dem Gate eines FET 2 der Oszillatorschaltung 15 aufgeprägt, bei der es sich um einen RC-Oszillator handelt und die ihr auf die Antenne zu gebendes Ausgangsfrequenzsignal bei einer Änderung der dem Gate aufgeprägten Spannung ändert. Durch die Frequenzumschaltung wird die Frequenz des von der Oszillatorschaltung 15 abgegebenen Hochfrequenzsignals von der bisherigen Frequenz f_Q1 auf eine andere Frequenz f_Q2 umgeschaltet, wie es in Fig. 7(A) gezeigt ist una ^urch eine Frequenzspektrumdarstellung in Fig. 8, in der Harmonische der Netzspannungsfrequenz, die in der Frequenzspektrumdarstellung der Reihe nach auftreten, durch n, n_r η ... dargestellt sind. Die Frequenzen f . und t ^ sind so gewählt, daß sie in einer Beziehung stehen, die durch die folgende Gleichung definiert und durch Fig. 8 dargestellt ist.

j ^fO2 "* 01 I ^{= nf}AC ⁺ Dabei bedeuten:

η : eine beliebige positive ganze Zahl ^AC^: ^^e Frequenz der Netzenergie

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• Ab-

: eine Frequenz, die kleiner ist als f_Är,, beispielsweise eine Frequenz, die 0,4-bis 0,6-mal so groß ist wie f.

Gemäß der erwähnten Wahl von L. und f ₂ ergibt sich: Wenn eine der beiden Schwingfrequenzen f oder f _ eine unerwünschte Schwebung niedriger Frequenz mit einer Harmonischen der Netzenergie bildet, erzeugt die andere der beiden Schwingfrequenzen keine Schwebung niedriger Frequenz mit bemerkbarer Stärke. Aufgrund der Umschaltung von der Frequenz f_n1 auf die Frequenz f wird die Amplitude der Schwebung klein und die Schwebungsfrequenz sehr hoch, so daß die Möglichkeit einer Falschwarnung verschwindet. Gleichzeitig wird das Ausgangssignal des Schwebungsdetektors 12 klein, und folglich wird das Ausgangssignal der Schwellenwertschaltung 13 klein. Das Flip flop bleibt jedoch im selben Zustand, bis von der Schwellenwertschaltung 13 ein anderes Ausgangssignal abgegeben wird. Das heißt, das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 umgeht eine unerwünschte Falschwarnung aufgrund einer Schwebung, die durch eine Störung zwischen den Netzspannungsharmonischen und der Schwingfrequenz erzeugt wird, mit Hilfe einer Umschaltung der Schwingfrequenz von derjenigen Frequenz, welche zu der Schwebung führt, zu derjenigen Frequenz, die nicht zur Schwebung führt. Wenn es dann bei der Frequenz f zu einer anderen Schwebung mit den Harmonischen der Netzfrequenz kommt, wird ein weiterer Impuls an die Frequenzumschaltsteuerschaltung 14 gegeben und wird die Oszillatorschaltung 15 folglich so gesteuert, daß sie ihre Frequenz auf die andere Frequenz f_Q. umschaltet.

Wie bereits erläutert worden ist, wird die Spannung am Eingangsanschluß des Verstärkers 7 auf den Detektor 8 der Signalverarbeitung sschaltung 5 gegeben. Die Amplituden am Ausgang des Detektors 8 und folglich am Ausgang des Bandpaßfilters 9 nehmen zu, wie es in den Fig. 7(C) und 7(D) gezeigt ist, wenn der Wert der Schwebung hoch wird. Eine solche Wertänderung aufgrund der Schwebung führt jedoch nicht dazu, daß die Schwellen-

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wertschaltung 10 das Ausgangssignal erzeugt, da die Schwellenwerte V_thH und V_thL der Schwellenwertschaltung 10 so gewählt sind, daß sie nicht auf ein solches Ausgangssignal vom Bandpaßfilter für die Schwebung reagieren. Das bevorzugte Durchlaßband des Bandpaßfilters ist empirisch zu 0,08 Hz bis 0,3 Hz gefunden worden, wodurch ein Eindringling festgestellt werden kann, der etwa 1,5m von der Antenne entfernt ist.

Wenn auch die Ausführungsform der Fig. 5 und 6 die Maßnahme der Frequenzumschaltung vorsieht, ist die Funktion der Eindringlingfeststellung dieselbe wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3(a), deren Funktion anhand der Fig. 4 erläutert worden ist. Das heißt, der Eindringling verursacht eine Änderung der Spannung der Antenne 4, und diese Änderung wird von der Signalverarbeitungsschaltung 5 verarbeitet. Dabei löst die Schwellenwertschaltung 10 die Alarmschaltung 6 aus, wenn das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 9 (nach unten hin) den vorbestimmten Schwellenwert V.,_T überschreitet.

thL

Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das sich dadurch auszeichnet, daß zur Vermeidung einer unerwünschten Falschwarnung aufgrund der niederfrequenten Schwebung ein Paar unterschiedlicher Frequenzen f_Q1 und f_Q2 stets parallel von zwei Oszillatorschaltunger 15' und 15" im Oszillator 1 erzeugt werden.

Der Oszillator 1 in Fig. 9 weist die beiden Oszillatorschaltungen 15' und 15" mit den Schwingfrequenzen f_Q1 und f_Q2 auf sowie einen Mischer 152, der die beiden Signale mit den Frequenzen f_Q1 und f £ zusammenfügt und über die Kopplungsimpedanz 2 an die Antenne 4 liefert. Die Signalverarbeitungsschaltung 5 dieses Ausführungsbeispiels weist ein Paar auf die Frequenzen f_Qi und f_Q2 abgestimmte Verstärker 7 und 7' auf, denen je ein Detektor 8 bzw. 8', ein Bandpaßfilter 9 bzw. 9' und eine Schwellenwertschaltung 10 bzw. 10' folgt. Die Ausgangsanschlüsse der Schwellenwertschaltungen 10 und 10' sind mit je einem Eingangsanschluß einer UND-Schaltung 28

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•/if«

verbunden, der eine Alarmschaltung 6 folgt. Die Fre .uenzen £ und f_Q2 sind so gewählt, daß deren Beziehung der folgenden Gleichung entspricht, wie sie auch in Fig. U gezeigt ist:

,^fO2 - ^fOi| ^=nfAC^{+ Af (6)}

Dabei bedeuten:

η : eine beliebige positive ganze Zahl f,-,: die Frequenz einer kommerziellen Wechselstromenergie (Netzenergie)

Af : eine Frequenz, die kleiner ist als f_AC, beispielsweise eine Frequenz, die 0,4-bis 0,6-mal so groß ist wie f_AC.

Gemäß der genannten Auswahl für f .. und f - gilt: Wenn eine der beiden Schwingfrequenzen f oder f_Q2 eine unerwünschte Schwingung niedriger Frequenz mit einer Harmonischen der Netzenergie bildet, führt die andere der beiden Schwingfrequenzen nicht zu einer Schwebung niedriger Frequenz mit bemerkbarer Stärke. Selbst im Fall einer Frequenzdrift, die zu einer Schwebung niedriger Frequenz mit einer der beiden Frequenzen führen kann, erzeugt daher nur eine der beiden Schwellenwertschaltungen 10 oder 1O¹ das Ausgangssignal, und daher wird die Alarmschaltung nicht von der UND-Schaltung aktiviert. Wenn andererseits ein Eindringling kommt, geben beide Bandpaßfilter 9 und 9' Ausgangssignale zur Aktivierung beider Schwellenwertschaltungen 10 und 10' ab, und daher liefert die UND-Schaltung 28 ein Ausgangssignal an die Alarmschaltung 6, wodurch diese zur Abgabe eines Eindringalarms aktiviert wird.

Die Erfinder prüften die Beziehung zwischen den Werten der Kopplungsimpedanz 2 und der Impedanz der Antenne 4. Fig. 11(a) zeigt eine Beziehung zwischen der Kapazität C einer Kapazität als Kopplungsimpedanz 2 und dem Betrag der Spannungsänderung AV an der Antenne 4 für eine Änderung der Kapazität C (zwischen der Antenne 4 und dem Grund) von 1 pF. Die Parameter sind Werte

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Kapazität C . Diese graphische Darstellung zeigt, daß die Spannungsänderung Δν, d.h., das Detektionsausgangssignal, einen Maximalwert hinsichtlich der Änderung des Kapazitätswertes C des Kopplungskondensators aufweist und daß die optimalen Bedingungen in den Fällen auftreten, in welchen die Kopplungskapazität C der Kapazität C nahezu gleich ist. Aus dieser Tatsache läßt sich ableiten, daß die Kopplungskapazität C^ vorzugsweise auf einen Wert eingestellt bzw. gesteuert werden sollte, der im wesentlichen gleich der Kapazität C ist. Die Erfinder prüften weiterhin die Beziehung zwischen den Werten eines Kopplungswiderstandes R als Kopplungsimpedanz 2 und dem Wert einer Spannungsänderung Δν der Antenne 4 für eine Änderung der Kapazität C zwischen der Antenne 4 und dem Grund von 1 pF, gezeigt in Fig. 11(b). Die Parameter sind Werte der Kapazität C . Die Frequenz des Oszillators ist etwa 10 kHz. Diese graphische Darstellung zeigt, daß die Spannungsänderung AV, d.h., das Detektionsausgangssignal, einen Maximalwert hinsichtlich der Änderung des Widerstandswertes R des Kopplungswiderstandes aufweist und daß die optimalen Bedingungen in den Fällen auftreten, in welchen die Impedanz Z_m nahezu gleich der Impedanz des Kondensators C ist.

Um ein maximales Detektionsausgangssignal zu erhalten, ist es aus der vorausgehenden Betrachtung heraus ideal, daß die Kopplung s impedanz derart auf einen geeigneten Wert eingestellt bzw. gesteuert wird, daß der Wert der Kopplungsimpedanz 2 im wesentlich gleich dem Wert der Impedanz zwischen der Antenne 4 und der Erde wird, mit anderen Worten, daß die Spannung zwischen der Antenne 4 und der Erde im wesentlichen halb so groß ist wie diejenige Spannung, welche der Eingangsseite der Kopplungsimpedanz 2 zugeführt wird. Ferner ergibt sich aus einem Vergleich der Fig. 11(a) und 11 (b) , für den Fall eines Eingangswiderstandes R. = 1 MJ?, daß bei einer Bedingung von C_Q> 50 pF die Verwendung eines Widerstandes als Kopplungsimpedanz 2 eine höhere Ausgangsspannung und für C_Q < 50 pF die Verwendung eines Kondensators als Kopplungsimpedanz 2 ein höheres Ausgangssignal ergibt.

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Fig. 11 (c) zeigt ein Beispiel einer Schaltung, welche die oben erwähnte ideale Steuerung der Kopplungsimpedanζ ermöglicht. Dabei umfaßt die Kopplungsimpedanz 2 eine variable Impedanz 18, deren Impedanzwert durch ein Signal von einer Impedanzsteuerschaltung 16 gesteuert wird. Beispielsweise kann die variable Impedanz 18 eine Diode mit variabler Kapazität sein, die ihre Kapazität in Abhängigkeit von einer ihr zugeführten Gleichstromsteuerspannung ändert. Die Schaltung umfaßt außerdem eine Integrationsschaltung 17 oder ein Tiefpaßfilter sehr niedriger Grenzfrequenz, welche die Ausgangsspannung der Detektorschaltung 8 integriert, d.h., die Spannung an einem Ausgangsanschluß 81 der Detektorschaltung 8, und ihr integriertes oder durch das Tiefpaßfilter gelangtes Ausgangssignal auf die Impedanzsteuerschaltung 16 gibt. Die genannten Schaltungen bilden zusammen mit der Eingangsimpedanz 3, dem Eingangsverstärker 7 und dem Detektor 8 eine Rückkopplungsschleife. Die Rückkopplungsschleife funktioniert folgendermaßen: Wenn das Ausgangssignal am Ausgangsanschluß von einem vorbestimmten Wert absinkt und daher das Ausgangssignal der. Integrationsschaltung 17 niedrig wird, wird die verringerte Spannung der Gateelektrode eines FET aufgeprägt, der eine variable Impedanz 18 bildet. Der effektive Source-Drain-Widerstand des FET in der variablen Impedanzschaltung wird daher verringert. Durch eine solche Änderung des Source-Drain-Widerstandswertes wird die Kopplungsimpedanz 2 so gesteuert, daß das Ausgangssignal am Ausgangsanschluß 81 auf den vorbestimmten Wert ansteigt. Mittels eines solchen Rückkopplung svorgangs wird die Spannung der Antenne 4 auf die Spannung auf der Eingangsseite der Kopplungsimpedanz 2 eingestellt. In dieser Schaltung ist die Integrationsschaltung oder die Tiefpaßfilterschaltung 17 vorgesehen, damit die Steuerung, d.h., die Änderung der Kopplungsimpedanz 2 nicht ausgeführt wird, wenn an der Antenne 4 aufgrund der Feststellung eines Eindringlings eine relativ schnelle Änderung der Spannung erzeugt wird. Daher ist die Integrationsschaltung oder die Tiefpaßfilterschaltung so ausgelegt, daß ein Ausgangssignal nicht abgegeben wird, wenn die Spannungsänderung so schnell vor sich geht, daß sie durch die Bewegung eines menschlichen

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I NAOHGEREICHT

• ξίΑ -

Körpers verursacht wird bzw. verursacht werden kann. Das heißt, die Schleife spricht nur sehr langsam an, so daß Eindringungsfeststellsignale von der Rückkopplungsbewegung nicht ausgelöscht werden.

Fig. 11 (d) ist ein Schaltbild eines konkreteren Schaltungsaufhaus des in Fig. 11(c) gezeigten Kopplungsimpedanzteils. Die Schaltung der Fig. 11(d) entspricht der Kopplungsimpedanz 2 in Fig. 8, die in Fig. 8 zwischen den Oszillator 1 und die Antenne 4 geschaltet ist. Die Integrationsschaltung 17 umfaßt einen bekannten Operationsverstärker, und das variable Impedanzelement 18 umfaßt einen Feldeffekttransistor (FET 1). Die Impedanzsteuerschaltung 16 weist einen variablen Widerstand VR18 zur manuellen Einstellung des optimalen Punktes der Impedanzsteuerung auf.

Fig. 11(e) ist ein weiteres Beispiel der Kopplungsimpedanz 2 mit einer automatischen Einstellfunktion. Diese Ausführungsform weist mehrere Kondensatoren C , C, , C , C,, C , C_f, C und C, auf, die einen Endes gemeinschaftlich verbunden und anderen Endes an einen Analogschalter (Multiplexer) 181 angeschlossen ist, der mit dem Oszillator 1 verbunden ist. Der Analogschalter 181 ist an einen 8-Bit-A/D-Wandler 180 angeschlossen. Die Schaltung umfaßt außerdem eine Integrations schaltung 17, eine Impedanzsteuerschaltung 16 und einen Verstärkt" 182, dessen Ausgangssignal auf den 8-Bit-A/D-Wandler 180 geführt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel schaltet

der Analogschalter 181 die Kondensatoren in 2 = 256 Kapazitätsschritten, und zwar mittels einer Kombination der Kondensatoren, und stellt die Kopplungskapazität auf einen solchen geeigneten Wert ein, daß sie zu einer Antennenspannung führt, die etwa halb so groß ist wie die vom Oszillator 1 gelieferte Spannung.

Mit Hilfe der erwähnten Rückkopplungsschaltungsschleife, in der sich die variable Impedanz 2 befindet, wird die vom Oszillator 1 an die Antenne 4 gelieferte Hochfrequenzspannung auf einen höchsten Wert eingestellt, und zwar unabhängig von

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einer Änderung der Kapazität C zwischen der Antenne und der Erde, d.h., unabhängig von Änderungen der Länge, Höhe und Zahl der an die Kopplungsimpedanz anzuschließenden Antenne bzw. Antennen. Daher ist die Anlage sehr leicht zu installieren.

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Claims

Patentansprüche

1 ./ Eindringlingwarnanlage zum Anzeigen, daß sich ein Eindringling in einem bestimmten Bereich aufhält, mit einer um den Bereich vorgesehenen und vom Boden isolierten Antenne,

mit einem Oszillator, der die Antenne mit einem Wechselstrom signal speist?

und mit einer Signalverarbeitungseinrichtung, die ein Ausgangssignal erzeugt,, wenn eine Änderung der Spannung des Wechselstromsignals an der Antenne einen vorbestimmten Wert überschreitet,

daduroi gekennzeichnet , daß zwischen einen Ausgangsaaschluß des Oszillators (1) und die Antenne (4) eine Kopplungsimpedanzeinrichtung (2) geschaltet ist.

2 ο Eindringlingwarnanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (1) aufweist:

eine hinsichtlich ihrer Frequenz umschaltbare Oszillatorschaltung (15) , deren Schwingfrequenz in Abhängigkeit von einem ihr zugeführten Steuersignal (L) umschaltbar ist, und eine eine Schwebung zwischen der Ausgangsfrequenz des Oszillators (1) und Harmonischen einer Wechselspannungsenergie feststellende Schwebungsdetektorschaltung (12) zur Erzeugung des Steuersignals (L) beim Auftreten eines Schwebungssignals

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POSTSCHECKKONTO: MÖNCHEN 50175-809

- ^: '■ -" ^:- 31Q0936

mit einer !Amplitude, die einen vorbestimmten Wert überschreitet.

3. Eindringlingwarnanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzmäßig umschaltbare Oszillatorschaltung (15) zum Schwingen bei einer ersten Schwingfrequenz £ .. oder einer zweiten Schwingfrequenz f_Q2 umschaltbar ist, wobei f_ßl und f_Q2 in folgender Beziehung zueinander stehen:

^f02 - ^f0i I * ^nfAC ^{+ Af} ' und dabei bedeuten:

η eine beliebige positive ganze Zahl f,_ die Frequenz eines Wechselspannungsignals, das mit dem

Signal des Oszillators eine Schwebung erzeugt, und Af eine Frequenz, die kleiner ist als f_Är.·

4. Eindringlingwarnanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Oszillator (1) eine erste Oszillatorschaltung (15') einer Frequenz f_o1 und eine zweite Oszillatorschaltung (15") einer Frequenz f_Q2 aufweist, wobei f_Q1 und f_Q2 in der Beziehung

^f02 - ^f0i I - ^nfAC

stehen, wobei

η eine beliebige positive ganze Zahl £ "eine Frequenz eines Wechselstromsignals, das mit dem

Signal des Oszillators eine Schwebung erzeugt, und Af eine Frequenz, die kleiner als f-_c ist, bedeuten, und daß die Signalverarbeitungseinrichtung (5) eine Signaltrenneinrichtung zur Trennung eines ersten Signals der Frequenz f_Q1 und eines zweiten Signals der Frequenz f ^ aufweist,

ferner einen ersten Signalverarbeitungsteil (7 bis 10) und einen zweiten Signalverarbeitungsteil (7' bis 10') und eine Aus-

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gangsschaltung (2S) aufweist, die ein· Ausgangssignal nur dann abgibt, wenn sowohl der erste Signalverarbeitungsteil (7 bis 10) als auch der zweite Signalverarbeitungsteil (7' bis 10') sein Ausgangssignal liefert.

5. Eindringlingwarnanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsimpedanzeinrichtung (2) eine Vorrichtung (16 bis 18; 16, 17, 180 bis 182) aufweist, mit welcher die Impedanz für eine optimale Detektionsempfindlichkeit veränderbar ist.

6. Eindringlingwarnanlage nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kopplungsimpedanzeinrichtung eine spannungsgesteuerte Impedanzschaltung (18) ist, die durch das Ausgangssignal (81) der Signalverarbeitungseinrichtung (5) gesteuert ist.

7. Eindringlingwarnanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsimpedanzeinrichtung (2) auf einen solchen Wert gesteuert wird, daß die der Antenne (4) zugeführte Spannung im wesentlichen 50 % derjenigen Spannung be trägt, die vom Oszillator (1) an die Kopplungsimpedanzeinrichtung (2) geliefert wird.

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