DE3316010C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines im wesentlichen geschlossenen Raumes nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

Ein solches Verfahren ist als Einbruch-Alarmeinrichtung be­ kannt (DE-OS 31 00 205). Bei diesem Verfahren werden die Wände eines zu sichernden Gebäudes mit einem rotierenden Strahl ab­ getastet. Im Ruhezustand wird die Helligkeit des reflektierten Strahles in einem Speicher aufgezeichnet. Wenn die Abtastung nach zum Beispiel 120 Millisekunden an die gleiche Stelle zu­ rückkommt, wird die Helligkeit des dann reflektierten Strahles mit der abgespeicherten Helligkeit verglichen. Ein dann auftretender ausreichender Unterschied zwischen den beiden Helligkeiten läßt auf einen Einbruch schließen. Der Alarm wird ausgelöst. Bei einem nur gerinen Unterschied zwischen beiden Helligkeiten oder wenn nur eine Messung unterschiedlich ist, liegt ein Einbruch wahrscheinlich nicht vor. Es muß angenommen werden, daß sich irgendeine Bedingung ohne einen vorhergehen­ den Einbruch geändert hat, zum Beispiel die Reflexionsfähig­ keit der Wände. Ein Alarm wird nicht ausgelöst. Statt dessen wird die nun am Empfänger gemessene Helligkeit des reflektier­ ten Strahles als neuer Bezugswert abgespeichert. Das heißt, daß der Bezugswert nachgeführt oder den sich verändernden Be­ dingungen des Ruhezustandes angepaßt wird. Auch bei einem an­ deren bekannten Verfahren, mit dem Feuer erkannt wird, ist es bekannt, den Bezugswert dem Signalmittelwert nachzuführen (Bull. ASE/UCS 73 (1982) 23, 4. Dezember, S. 1218-1223). Bei sämtlichen Alarmeinrichtungen wird eine hohe Empfindlichkeit angestrebt. Eine hohe Empfindlichkeit führt im allgemeinen zu Fehlalarmen. Deshalb muß ein Kompromiß zwischen einer mög­ lichst hohen Empfindlichkeit und einer möglichst geringen An­ zahl von Fehlalarmen geschlossen werden. Bei den beiden bekannten Verfahren wird hierzu der Bezugswert, das heißt die Alarmschwelle, dem tatsächlichen Signal nachgeführt. Bekannt ist noch eine weitere, mit Lichtschranken arbeitende Alarmein­ richtung (DE-Z: Der Elektro-Meister 1968, Heft 3, S. 116- 118). Eine Lichtschranke hat den Zweck, bei Unterbrechen des Lichtstrahles Alarm auszulösen. Auch sie muß gegen ein Überli­ sten und auch gegen Fehlalarme gesichert werden. Der Empfänger oder Lichtfühler reagiert auch auf ein Fremdlicht, zum Bei­ spiel auf das Licht einer von einem Einbrecher auf den Empfän­ ger gerichteten Taschenlampe. Mit einer im Ruhezustand sehr hohen Lichtstrom-Dichte kann dieser Art des Überlistens entge­ gengewirkt werden. Erwähnt sei noch, daß das Überwachen von Räumen mit Infrarotstrahlung allgemein bekannt ist (DE-OS 30 45 217).

Bei den eingangs genannten Verfahren wird der Bezugswert oder die Alarmschwelle den sich verändernden Bedingungen des Ruhe­ zustandes angepaßt. Dieser Ruhezustand kann sich kurzzeitig in einer oder beiden Richtungen verändern. Bei einer mit einer Lichtschranke arbeitenden Alarmeinrichtung kann sich die Hel­ ligkeit des überwachten Raumes zum Beispiel durch von außen periodisch eindringende Lichtblitze verändern. Die bekannten Verfahren sprechen hierauf an. Über einen längeren Zeitraum betrachtet haben sich die Bedingungen des Ruhezustandes jedoch nicht geändert. Über einen längeren Zeitraum betrachtet können sich die Bedingungen des Ruhezustandes jedoch zum Beispiel langsam und stetig mit der Tageszeit ändern. Zum Beispiel neh­ men Temperatur und Helligkeit periodisch zu und ab. Solche sich über einen längeren Zeitraum erstreckende Änderungen wer­ den mit dem Ausdruck Driften bezeichnet. Ein solches Driften muß von einer Alarmeinrichtung erkannt werden. Anderenfalls versagt der zwischen dem Erreichen einer hohen Empfindlichkeit und dem Vermeiden von Fehlalarmen geschlossene Kompromiß.

Vom oben erläuterten Stand der Technik ausgehend liegt der Er­ findung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Gattung so auszubilden, daß ein Wegdriften erkannt und dadurch die durch ein Nichterkennen des Wegdriftens sich ergebende Fehler ausgeschlossen werden. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich bei einem Ver­ fahren der eingangs genannten Gattung nach der Erfindung mit den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkma­ len.

Zum Ermitteln des Driftens wird damit innerhalb einer vorgege­ benen Dauer der Gültigkeit eines Bezugswertes jeder Meßwert mit dem jeweils vorangehenden Meßwert verglichen und die rela­ tive Abweichung dieser Werte voneinander festgestellt. Die Zahl der Messungen, bei denen der aktuelle Meßwert über dem vorherigen lag, wird gezählt oder aufsummiert zu einer Summe S ₁. Ebenso wird die Zahl derjenigen Messungen, die einen Meß­ wert ergaben, der unterhalb des jeweils vorangegangenen Meß­ wertes lag, gezählt oder aufsummiert zu einer Summe S ₀. Der neue Bezugswert soll grundsätzlich nur dann gebildet werden, wenn der aktuelle Meßwert um den genannten zweiten Wert vom abgespeicherten Bezugswert abweicht und wenn gleichzeitig der Betrag der Differenz der beiden Summen S ₀ und S ₁, als S ₀ - S ₁, eine vorgebbare Zahl oder einen Mindestwert überschreitet. Zahlreiche äußere Einflüsse, die zu einer nicht gewollten Ab­ weichung des Meßwertes vom abgespeicherten Bezugswert führen und damit möglicherweise Fehlalarme verursachen könnten, zeichnen sich durch ein Wegdriften des Meßwertes aus. Das heißt, die jeweiligen Meßwerte unterliegen in ihrer Folge ei­ ner zunehmenden Abweichung vom Bezugswert (langsame Tempera­ turänderung in einer Richtung, langsame Helligkeitsänderung ebenfalls in einer Richtung, usw.). Tritt dieser Fall ein, so werden die fortlaufend gemessenen Werte überwiegend in einer einzigen Richtung von den vorangehend gemessenen abweichen. Dies führt zu einem schnellen Anwachsen der Differenz S ₀ - S ₁, die dann nach Überschreiten des festgesetzten Mindestwertes die Bildung eines neuen Bezugswertes freigibt. Dies bedeutet, daß der abgespeicherte Bezugswert bei der Erfindung an Verän­ derungen angepaßt und somit der Wirklichkeit nachgeführt wird. Der theoretisch erreichbare Kompromiß zwischen hoher Empfindlichkeit und einer geringen Anzahl von Fehlalarmen bleibt damit erhalten.

Wichtig ist, daß die Bildung eines neuen Bezugswertes dann un­ terbleibt, wenn ein Gegenstand langsam in den zu überwachen­ den Raum eindringt. Genau dies wird durch das vorangehend dis­ kutierte erfindungsgemäße Verfahren erreicht. Die Zeiten bzw. die Differenzwerte S ₀-S ₁ sind so gewählt, daß jede in der Praxis mögliche stetige Bewegung eines Gegenstandes in den zu überwachenden Raum hinein eine Abweichung des Meßwertes um mehr als den erlaubten ersten Betrag zur Folge hätte, längst bevor ein neuer Bezugswert gebildet werden würde. Damit wird ein Alarm ausgelöst, und das Sicherheitsbedürfnis ist er­ füllt.

Die einzige Möglichkeit der Überlistung des Systems wäre durch Erzwingung der Bildung eines neuen Bezugswertes dadurch gegeben, daß ein Gegenstand langsam und in kleinen Schritten in den zu überwachenden Raum eingeführt würde, wobei dieser nach jedem Bewegungsschritt lange in der jeweils erreichten Lage verharren würde. In diesem Fall würde der aktuelle Meß­ wert nach einem Bewegungsschritt des eindringenden Gegenstan­ des möglicherweise um mehr als den zweiten Betrag vom abge­ speicherten Bezugswert abweichen. Das heißt, daß eine Voraus­ setzung für die Bildung eines neuen Bezugswertes erfüllt wä­ re. In dem geschilderten Fall der Hineinbewegung des Gegen­ standes in den Raum ergeben sich aber aktuelle Meßwerte, die nicht der tatsächlichen Lage des Gegenstandes im Raum entspre­ chen. Die Messung dieser Lage ist mit Fehlern behaftet. Die aktuellen Meßwerte weichen von den Sollwerten ab. Sie liegen teils über und teils unter diesen. Über einen endlichen Zeit­ raum gesehen schwanken sie statistisch gleichgewichtig nach unten und nach oben. Die beiden Summen S ₀ und S ₁ wachsen da­ mit in gleichem Maße an. Das heißt, daß ihre Differenz S ₀ - S ₁ mit zunehmender Zahl der Meßwerte gegen Null strebt. Ein neuer Bezugswert wird damit nicht gebildet. Ein neuer Bezugs­ wert wird nur dann gebildet und abgespeichert, wenn die Summe S ₀ zum Beispiel um den Faktor 9 größer als die Summe S ₁ ist.

Voraussetzung für die Bildung und Abspeicherung eines neuen Bezugswertes ist weiter, daß die Feldstärke am Empfänger wäh­ rend einer einstellbaren Zeit um mindestens einen einstellba­ ren zweiten Wert von dem bereits abgespeicherten Bezugswert abweicht, wobei der zweite Betrag kleiner als der erste Be­ trag ist.

Bei einer Verwendung des Verfahrens zum Diebstahlschutz von Kraftfahrzeugen kann es nun nach einem ersten Einschalten des Systems und der ersten Bildung eines Bezugswertes vorkommen, daß dieser nach einer bestimmten Zeit nicht mehr den tatsächli­ chen Verhältnissen entspricht. Etwa beim Übergang von Tag zu Nacht oder bei Wegfall direkter Sonneneinstrahlung bliebe ein zu hoher Bezugswert eingestellt. Dasselbe gilt auch für den Fall der Erwärmung der elektronischen Bauteile entweder durch die im System nach dem Einschalten umgesetzte elektrische Ver­ lustleistung oder durch Ansteigen der Temperatur des zu über­ wachenden Raumes, mit dem sich die elektronischen Bauteile in thermodynamischem Gleichgewicht befinden, durch Veränderungen in der Beheizung oder durch eine veränderte äußere Wärmeein­ strahlung in diesen Raum ebenso ergäbe sich ein falscher Be­ zugswert, wenn das System bei Dunkelheit eingeschaltet würde und nach Tagesanbruch Sonnenlicht einfiele. Gemäß der Erfin­ dung wird damit immer wieder überprüft, ob ein einmal einge­ stellter Bezugswert noch den tatsächlichen Verhältnissen ent­ spricht. Entspricht die am Empfänger gemessene Feldstärke im Ruhebetrieb nicht mehr dem zu Beginn eines Betriebszyklus er­ mittelten Wert, wird ein neuer Bezugswert gebildet.

Zweckmäßig wird in Zeitabständen von 0,065 sec, das heißt in der genannten Größenordnung von Hundertstelsekunden, gemes­ sen. Dabei empfiehlt sich, daß die Feldstärke am Empfänger mehrere Male, zum Beispiel vier- bis achtmal, gemessen, ein Mittelwert gebildet und dieser mit dem Bezugswert verglichen wird. Empfehlenswert ist weiter, daß in vorgegebenen größeren Zeitabständen ein neuer Bezugswert nach Maßgabe der vorherge­ henden Messungen der Feldstärke am Empfänger gebildet und ab­ gespeichert wird.

Fremdeinstrahlung kann zu Störungen und Fehlalarmen führen. Zum Vermeiden von solchen Störungen ist in einer weiteren Aus­ gestaltung vorgesehen, daß der Sender intermittierend betrie­ ben und der Empfänger zeitgleich zum Sender ein- und ausge­ schaltet wird. Mit diesem impulsmäßigen Betrieb des Senders läßt sich dessen wirksame Sendeleistung erhöhen, ohne daß die Dauerleistung ansteigt. Weiter bleiben Fremdeinstrahlungen, die während der Sendepausen auftreten, ohne Auswirkung.

Zum weiteren Ausschalten der Auswirkungen einer Fremdeinstrah­ lung ist in einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung vorgese­ hen, daß die Infrarotstrahlung am Sender impulsmäßig modu­ liert und die am Empfänger ankommende Strahlung phasenempfind­ lich gleichgerichtet wird. Damit werden der Empfänger bzw. ei­ ne an diesen angeschlossene Auswerteeinrichtung auf die Modu­ lationsfrequenz des Senders abgestimmt. Nur mit dieser Modula­ tion ankommende Strahlung wird berücksichtigt. Unter phasen­ empfindlicher Gleichrichtung wird dabei verstanden, daß die Halbwellen nicht während der gesamten Zeit, sondern nur inner­ halb bestimmter Zeitpunkte gleichgerichtet werden. Zur phasen­ empfindlichen Gleichrichtung kann ein sogenannter Synchron­ gleichrichter verwandt werden. Sie werden dazu eingesetzt, um aus einem stark verrauschten Signal die Amplitude derjenigen Schwingung zu bestimmen, deren Frequenz gleich einer Steuer­ frequenz und deren Phasenlage zu einem Steuersignal mit die­ ser Steuerfrequenz konstant ist. Die Schwingung, die diese Be­ dingungen erfüllt, sei das Nutzsignal genannt. Bei einer pha­ senempfindlichen Gleichrichtung dieses Nutzsignales werden dessen negative Halbwellen vollständig "um 180° geklappt". Da­ mit gehen sie zusammen mit den positiven Halbwellen in die spätere Auswertung ein. Signale, deren Frequenz nicht gleich oder nicht gleich einem ungeraden Vielfachen der Steuerfre­ quenz ist oder die eine abweichende Phasenlage haben, werden so gleichgerichtet, daß sich ihre positiven und ihre gleichge­ richteten negativen Halbwellen praktisch ausmitteln und damit nicht in die spätere Auswertung eingehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird zweckmäßig mit digital ar­ beitenden logischen Schaltungselementen ausgeführt. Hierbei bietet sich an, daß das den Alarm auslösende Signal einer di­ gitalen Auswerteeinrichtung zugeführt und in dieser abgespei­ chert wird. Ebenso empfiehlt sich, daß die Signale digital ab­ gespeichert werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 das vom Sender periodisch und impulsweise abgegebene Infrarot-Strahlungsfeld und

Fig. 2 die Lage eines Driftfensters innerhalb eines Toleranz­ fensters und deren Lage zum Referenz- oder Bezugswert.

Der Sender wird in bestimmten Zeitabständen für kurze Perio­ den eingeschaltet und baut im zu überwachenden Raum ein Infra­ rot-Strahlungsfeld auf, das sich in seiner Stärke an einem be­ stimmten Ort aus der Überlagerung eines direkten, mit endli­ cher Halbwertsbreite vom Sender ausgesandten Infrarot-Strah­ les mit mehrfach an der Außenhaut des zu überwachenden Raumes reflektierten Anteilen ergibt (Fig. 1).

Durch das Einschalten für kurze Zeitabschnitte (Perioden) ist durch Wahl eines entsprechenden Tastverhältnisses für die Sen­ deransteuerung die von den Infrarot-Sendedioden abgegebene mo­ mentane Strahlungsleistung ein Vielfaches der im stationären Betrieb erzielbaren Strahlungsleistung.

Hierbei wird die Stärke des Infrarot-Feldes so gewählt, daß sie weit oberhalb der natürlichen, durch äußere Einstrahlun­ gen in den zu überwachenden Raum auftretenden Feldstärken liegt.

Das Signal des Senders ist moduliert und wird auf der Empfän­ gerseite phasenempfindlich gleichgerichtet. Damit wird der Einfluß des Rauschens sehr klein gehalten. Sender und Empfän­ ger sind über die Auswerteeinrichtung, die in diesem Fall zu­ sätzlich die Rolle einer Steuereinrichtung übernimmt, zeit­ lich synchronisiert.

Der Empfänger, der in den Sendepausen ausgeschaltet ist, wird von der Auswerteeinrichtung jeweils vor Beginn der Abstrah­ lung eines Impulspakets durch den Sender eingeschaltet. Über eine Infrarot-Fotodiode nimmt der Empfänger ein elektrisches Signal auf, das abhängig ist von der Stärke des Infra­ rot-Strahlungsfeldes am Ort des Empfängers. Dieses aufgenomme­ ne Signal ist mit der Sendefrequenz moduliert und wird im Emp­ fänger zunächst linear verstärkt und dann phasenempfindlich gleichgerichtet.

Die in einzelnen Halbperioden des Sendesignals empfangenen und phasenempfindlich gleichgerichteten Infrarot-Signalantei­ le werden über die Dauer des Sendesignals einem modifizierten Summationsprozeß in der Art einer kaskadischen Aufladung ei­ ner Kondensatorkette unterzogen. Durch diese Summation ergibt sich einerseits eine Mitteilung der statistischen Fehler der Signalanteile und andererseits eine höhere Signalamplitude des für die nachfolgende Auswerteeinrichtung zur Verfügung stehenden Eingangssignals. Hierbei wird die Belastung des Aus­ gangskondensators der Kaskade durch spezielle Auslegung der Schaltung sehr klein gehalten.

Die Gleichspannung über dem Ausgangskondensator der Kaskade nach jedem Infrarot-Sendepaket ist eine Funktion der Stärke des Infrarot-Strahlungsfeldes am Ort der Empfängerdiode. Die­ se Spannung wird unmittelbar in einen Digitalwert umgesetzt und von der Auswerteeinrichtung als Meßwert abgespeichert.

Aus den ersten der nach Einschalten anfallenden Meßwerte wird ein Bezugswert gebildet. Dieser wird ebenfalls abgespeichert. Alle folgenden Meßwerte werden mit ihm verglichen. Liegen nun mehrere, in der Anzahl festlegbare, aufeinanderfolgende Meß­ werte außerhalb eines auf den Bezugswert bezogenen vorgebba­ ren Toleranzfensters, so legt dies die Auswerteeinrichtung als Alarmfall aus und gibt ein elektrisches Ausgangssignal ab, mit dem eine Alarmeinrichtung angestoßen wird. Innerhalb des für die Alarmauslösung maßgebenden Toleranzfensters liegt das Driftfenster (Fig. 2).

Fällt der Meßwert in einer vorgebbaren Anzahl von aufeinan­ derfolgenden Messungen in den Bereich oberhalb oder unterhalb des Driftfensters (schraffierter Bereich), so wird von der Auswerteeinrichtung eine neuer Bezugswert gebildet.

Claims (8)

1. Verfahren zum Überwachen eines im wesentlichen geschlosse­ nen Raumes zum Feststellen des Eindringens von Personen oder Gegenständen mit einem Sender zum Abstrahlen von In­ frarotstrahlung in den Raum und mit einem Empfänger zur Aufnahme der an ihm ankommenden Infrarotstrahlung, wobei nach dem Einschalten des Senders die Feldstärke der am Emp­ fänger ankommenden Strahlung gemessen und als Bezugswert abgespeichert wird und für den Fall, daß die bei darauf folgenden Messungen erhaltene Feldstärke mindestens um ei­ nen ersten Betrag vom Bezugswert abweicht, ein einen Alarm auslösendes Signal erzeugt wird und für den Fall, daß die bei darauf folgenden Messungen erhaltene Feldstärke um ei­ nen kleineren als den ersten Betrag vom Bezugswert ab­ weicht, dieser Meßwert als neuer Bezugswert abgespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke am Empfän­ ger in Zeitabständen in der Größenordnung von Hundertstel­ sekunden gemessen und die gemessene Feldstärke abgespei­ chert wird, jeder gespeicherte Betrag der Feldstärke unter Fest­ stellung der Richtung einer Abweichung verglichen und die Vorzeichen der Abweichungen getrennt nach positiven und ne­ gativen Vorzeichen gezählt werden, die erhaltenen Summen der positiven und der negativen Vorzeichen miteinander ver­ glichen, die Differenz gebildet und ein neuer Bezugswert nur dann gebildet und abgespeichert wird, wenn diese Diffe­ renz einen Mindestwert übersteigt und wenn zusätzlich die Feldstärke am Empfänger während einer einstellbaren Zeit zusätzlich um mindestens einen einstellbaren zweiten Wert von dem bereits abgespeicherten Bezugswert abweicht, wobei der zweite Betrag kleiner als der erste Betrag ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Zeitabständen von 0,065 sec gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke am Empfänger mehrere Male, zum Beispiel vier- bis achtmal, gemessen, ein Mittelwert gebildet und dieser mit dem Bezugswert verglichen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in vorgegebenen größeren Zeitabständen ein neuer Bezugswert nach Maßgabe der vorhergehenden Messungen der Feldstärke am Empfänger gebildet und abgespeichert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sender intermittierend betrieben und der Empfänger zeitgleich zum Sender ein- und ausgeschaltet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlung am Sender impulsmäßig moduliert und die am Empfänger ankommende Strahlung phasenempfindlich gleich­ gerichtet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Alarm auslösende Signal einer digitalen Auswerteeinrichtung zugeführt und in dieser abge­ speichert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale digital abgespeichert wer­ den.