Hochfrequenzelektrische Raumschutzeinrichtung. Es sind Raumschutzeinrichtungen gegen Einbruch und Diebstahl bekannt, welche als Mittel zur Feststellung von Veränderungen im zu schützenden Raum, wie zum Beispiel das Eindringen unbefugter Personen, hochfre- quente elektrische Wellen oder Schwingungen benützen.
Insbesondere ist bekannt, analog zu den Raumachutzanlagen mit Infrarotstrahlun- gen, einen Ultrakurzwellensender und -emp- fänger mit Richtantennen zu verwenden, wo bei der zu schützende Raum von einer gebün delten ultrahochfrequenten Welle derart durchquert ist, dass beim Betreten des Rau mes die Ausbreitung dieser Welle gestört wird und die Intensitätsschwankung im Empfänger zur Auslösung eines Alarmrelais benützt wird.
Da der Aufwand an Apparaten und der Stromverbrauch einer derartigen Anlage rela tiv hoch sind, ist vorgeschlagen worden, an Stelle einer ultrahochfrequenten Schwingung eine solche relativ niedriger Frequenz zu benützen, so dass die Wellenlänge ein Mehr faches des Antennenabstandes beträgt. Die beiden Antennen wirken in diesem Fall wie Elektroden eines Kondensators, wobei der zu schützende Raum ein Köndensatorfeld bildet.
Änderungen des Kondensatorfeldes im Raum führen zu einer Änderung der Spannung auf der Empfangsantenne, welche über Verstär- kerröhren zur Auslösung von Alarmrelais herangezogen wird.
Es hat sieh bei solchen Anlagen herausgestellt, dass das Eindringen eines Körpers in das gondensatorfeld zwi schen die Antennen sowohl eine Vergrösse- rung wie eine Abschwächung der wirksamen kapazitirven Kopplung zwischen diesen zur Folge haben kann, je nachdem, ob der ein dringende Körper 3 mehr eine dielektrische bzw. eine abschirmende Wirkung im Anten-. nenfeld hervorruft.
Durch die entgegenge setzten Wirkungen ergeben sich in gewissen Fällen ungenügende Spannungsänderungen, so dass die Ansprechempfindlichkeit der Ap paratur sehr hoch sein muss, was neben einer grossen notwendigen Verstärkung verschie dene weitere Nachteile mit sich bringt. Ausser dem besteht die Möglichkeit, die Frequenz der Raumschwingung festzustellen und durch An ordnung eines Senders in der Nähe der An lage diese zu überblenden und dadurch wir= kungslos zu machen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hochfrequenzelektrische Raumschutzeinrich- tung, die durch elektronische Mittel gekenn zeichnet ist, welche bei einer Änderung der elektrischen Verhältnisse in dem zwischen Raumleitern .gelegenen, zu schützenden Raum eine Frequenzänderung einer elektromagneti- sehen Schwingung bewirken und eine fre- quenzabhängige Reaktanz und elektronische Mittel aufweist,
welche bei der genannten Frequenzänderung Alarmrelais zum An sprechen bringen. Als elektronisches Mittel dient zweckmässig ein Röhrenoszillator, dessen Frequenz wenigstens kurzzeitig von einer elektrischen Feldänderung in dem zu schützenden Raum beeinflusst wird, bestehend unter anderem aus einem Hochfrequenztrans- formator, welcher ,ausser den Übertragerwick- lungen und einer Rückkopplungswicklung eine Steuerwicklung aufweist,
an welche eine oder mehrere Raiuuschutzleiter angeschlossen werden. Als frequenzabhängige Reaktanz zur Erzeugung einer Spannung zur Auslösung von Alarmrelais wird vorzugsweise ein piezo- elektrischer Kristall verwendet. Dieser kann gleichzeitig zur Stabilisierung der Oszillator- frequenz dienen, welche als Folge von langsa men Änderungen der elektrischen Schalt elemente oder der Betriebsspannungen im Betrieb abwandern könnte.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt das Schema einer Raumschutzeinriehtung. s1 E3 stellen Elek tronenröhren dar, welche je zwei Trioden systeme aufweisen. Es könnten an Stelle von Trioden natürlich auch- Pel.thoden und an Stelle der doppelten Röhren je zwei einzelne verwendet werden. Die Heizstromkreise sind nicht dargestellt. Mit Trl---Tr3 sind drei Transformatoren und mit arabischen Zahlen deren Wicklungen bezeichnet. RI- R10 stel len Widerstände, 01-C11 Kondensatoren dar.
Mit Q ist lein Schwingquarz, mit GZ1 und Gb9- sind zwei Trockengleichrichter, bei spielsweise Germaniumdioden, bezeichnet. Die beiden Leiter L sind in dem zu schützenden Raume dermassen angeordnet, dass durch einen in den Raum eindringenden Körper eine Kapazitätsänderung zwischen den Leitern be wirkt wird. A1 und A2 bezeichnen zwei Re lais, durch welche bei einer Kapazitäts änderung zwischen den Leitern L Alarm aus gelöst wird.
Die Spannungsquellen sind sche matisch als zwei Batterien angedeutet, deren eine die gegen Masse positive Anodenspan nung, deren andere die gegen Masse negative Gittervorspannung liefert.
Die Anordnung arbeitet folgendermassen: Ein Schwingkreis, bestehend aus der Wick lung 3 des Transformators Trl und dem Kondensator C5, wird durch die- Rückkopp lungswicklung 1 und die Erregungswicklung 2 desselben Transformators mit Hilfe des rechten Elektrodensystems der Röhre El ziun Schwingen gebracht. Die über die Wicklung 4 angekoppelte, durch die Leiter L gebildete Kapazität, entsprechend dem Verhältnis der Windungszahlen transformiert, addiert sich zur Kapazität C5 und übt deshalb einen frequenzbestimmenden Einfluss auf den Schwingkreis aus.
Die Spannung, welche an Wicklung 3 und Kondensator C5 entsteht, wird einem Spannungsteiler zugeführt, der aus dem Quarz und dem zur Einstellung des richtigen Arbeitspunktes regulierbaren W ider- stand R4 besteht.
Der Quarz stellt Bekannterweise eine ausserordentlich stark frequenzabhängige Im pedanz dar, indem er sehr nahe beieinander eine Serie- und eine Parallelresonanzstelle aufweist.. Für dazwischenliegende Frequen zen steigt die Impedanz mit zunehmender Frequenz sehr stark, so dass die Zusammen schaltung mit dem frequenzunabhängigen Widerstand R4 )Sei steigender Frequenz des Oszillators am Gitter G1 der Röhre E2 eine steigende und am Gitter G2 eine fallende Wechselspannung ergibt; da die Summe der beiden Spannungen gleich der Spannung über C5 und daher konstant ist.
In der Röhre E2 werden die beiden Signale verstärkt. Die Gittervorspannung wird in be kannter Weise durch einen Kathodenwider stand R5 und einen dazu parallel geschalteten Entkopplungskondensator C6 erzeugt. Die durch die Röhre verstärkten Signale werden den beiden durch die Kondensatoren C8 und C10 auf die Sollfrequenz der Einrichtung ab gestimmten Transformatoren Tr2 und Tr3 <I>zu-</I> geführt.
Die Spannung an der Wicklung 2 des Transformators Tr2 wird über den Gleich richter GLl dem Widerstand R7 zugeführt. Durch die Überbrückung dieses Widerstandes mit dem Kondensator C9 entsteht an R7 eine Gleichspannung, welche der am Quarz liegen den Wechselspannung proportional ist. Für den Transformator Tr3, den Widerstand R8, Gleichrichter G12 und die Kondensatoren C10 und C11 gelten ähnliche Verhältnisse. Die Gleichspannung am Widerstand R8 ist pro portional der Wechselspannung über dem Widerstand R4.
Die Widerstände R7 und R8 sind in Serie geschaltet. Das eine Ende dieser Serieschaltung ist mit einer festen Gittervor- spannung verbunden, das andere Ende führt auf die beiden Gitter der Röhre E3 und auf den Widerstand R6. Die Anordnung der Oleichrichter Gll und G12 ist so getroffen, dass die Differenz der Spannungen an den Widerständen R7 und R8 an den Gittern der Röhre E3 wirksam wird. Über die Wider stände R6 und R2 gelangt die erwähnte Span nung nach dem Gitter G1 der Röhre El. Zwischen den Widerständen R6 und R2 ist ein Kondensator gegen Masse angeschlossen.
Die Zeitkonstante der Elemente R6 und C7 ist relativ gross und beträgt mindestens einige Sekunden. Änderungen der Spannung an den Cittern der Röhre E3 wirken sich deshalb nur mit starker Verzögerung auf das Gitter G1 der Röhre E1 aus. Durch die Regulierbarkeit des Widerstandes R6 kann diese Zeitkonstante verändert werden.
Es ist bekannt, dass eine Röhre zwischen Anode und Kathode als Kapazität wirkt, wenn Gitter und Anode durch einen Kondensator miteinander verbunden sind. Die Grösse dieser Kapazität ist von der Gittervorspannung der Röhre abhängig. Das linke Elektrodensystem der Röhre E1 ist nun in dieser Weise geschal tet. Die Anode wird über den Widerstand R1 gespeist.
Die Kapazität des Systems liegt par allel zur Wicklung 2 des Transformators Tr1, indem Anode und Kathode über die relativ grossen Kapazitäten C2 resp. C3 und C4 mit den Enden der Wicklung 2 des Transforma tors Trl wechselstrommässig verbunden sind. Durch Änderung der Spannung am Gitter G1 der Röhre E1 kann deshalb infolge Ver änderung der Kapazität ihres Elektroden- systems die Frequenz des Oszillätors beein- flusst werden.
Mit Hilfe der soeben beschriebenen Schal tungsteile wird die Frequenz des Oszillators auf diejenige Frequenz stabilisiert, bei wel cher der Quarz eine mittlere Impedanz auf weist. Die Einstellung der Anordnung. kann durch Verändern der Kapazität C5 dermassen erfolgen, dass sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, bei welchem die Spannung am Wider- stand R7 etwas grösser ist als diejenige an R8, wodurch die an R8 zugeführte feste Gitter vorspannung kompensiert wird. Die beiden Gitter der Röhre E3 und das Gitter G1 der Röhre E1 liegen daher ungefähr auf Masse potential.
Die Vorspannung des letztgenann ten Gitters wird (zusammen mit Gitter G2) durch den Kathodenwiderstand R3 und, den dazu parallelen Entkopplungskondensator C3 in bekannter Weise erzeugt. An der Röhre E3 erhält die Kathode K2 durch den Spannungs teiler aus den Widerständen R9 und R10 eine gegenüber Masse positive Spannung, die Kathode g1 liegt dagegen an Masse.
Aus diesem Grunde hat nur das Gitter G2 gegen über der Kathode eine Vorspannung. Um an G1 das Fliessen von Gitterstrom zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Anordnung so einzu- stellen, dass das Potential der Gitter ganz wenig unterhalb Massepotential ist; für die prinzipielle Betrachtung wird diese kleine Vorspannung jedoch der Einfachheit halber vernachlässigt.
Die Stabilisierung des Oszilla- tors kommt zustande, indem jede Abweichung von der durch den Quarz bestimmten Sollfre- quenz die Gitterspannung an G1 der Röhre E1 so beeinflusst, dass die Frequenz im ent gegengesetzten Sinne verändert wird. Lang same Veränderungen der Werte der Schalt elemente oder der Kapazität zwischen den Leitern L beeinflussen deshalb die Frequenz des Oszillätors praktisch nicht.
Im Ruhezustand der Einrichtung kann Relais Al anziehen, Relais A2 infolge der grösseren Gittervorspannung nicht. Wird nun durch einen zwischen die Leiter L eingedrungenen Körper die Kapazität zwi schen diesen beiden Leitern plötzlich ver ändert, so ändert sich dementsprechend auch die Frequenz des Oszillators. Infolge der grossen Zeitkonstanten der Frequenzstabilisie- rung wird die Frequenzveränderung nicht so fort ausreguliert. Bei Erhöhung der Frequenz steigt die Spannung am Quarz und damit jene am Transformator Tr2. Am Widerstand <RTI
ID="0003.0069"> -R4 und Transformator Tr3 ist das Gegenteil der Fall. Die Gitter G1 und' G2 der Röhre E3 werden gegenüber ihrem Ruhezustand positiv. Relais A2 kann aus diesem Grunde anziehen, so dass nun beide Relais angezogen sind. Wird dagegen durch die Wirkung des eindringen den Körpers die Frequenz niedriger, so steigt die Spannung an R4 und sinkt am Quarz. Die Spannungen an den Gittern G1 und G2 der Röhre E3 werden nun gegenüber dem Ruhe zustand negativ, wodurch Relais Al abfällt.
Die Schaltung der nicht gezeichneten Kon takte der Relais Al und A2 ist nun so getrof fen, dass Alarm ausgelöst wird, wenn ent weder beide Relais erregt oder beide aberregt sind. Bei Ausfall der Oszillatorspannung nehmen die Gitter der Röhre E3 das Potential der an Widerstand RS zugeführten festen Gittervorspannung an, wodurch Gl. gegenüber der Kathode so weit negativ wird, dass Relais Al abfällt, wodurch ebenfalls Alarm ausgelöst wird. Dasselbe tritt ein, wenn die ganze An lage aus irgendeinem Grunde ausfällt.
Die ganze Anordnung ist sehr empfindlich. Als Massstab für die Empfindlichkeit diene der Hinweis, dass die Serie- und Parallelreso- r_anzstellen des Quarzes einen relativen Fre- quenzabstand von nur etwa 1/20/0o besitzen, wobei sich in diesem Intervall die Impedanz zwischen einem sehr kleinen Wert und etwa 500 k S2 ändert.
High-frequency electrical room protection device. Room protection devices against burglary and theft are known which use high-frequency electrical waves or vibrations as a means of detecting changes in the room to be protected, such as the intrusion of unauthorized persons.
In particular, it is known to use an ultra-short wave transmitter and receiver with directional antennas, analogous to the room protection systems with infrared radiation, where in the room to be protected a bundled ultra-high frequency wave is traversed in such a way that when the room is entered the propagation of this Wave is disturbed and the fluctuation in intensity is used in the receiver to trigger an alarm relay.
Since the cost of equipment and the power consumption of such a system are relatively high, it has been proposed to use such a relatively low frequency instead of an ultra-high frequency oscillation, so that the wavelength is a multiple of the antenna spacing. In this case, the two antennas act like electrodes of a capacitor, with the space to be protected forming a capacitor field.
Changes in the capacitor field in the room lead to a change in the voltage on the receiving antenna, which is used via amplifier tubes to trigger alarm relays.
It has been shown in such systems that the penetration of a body into the capacitor field between the antennas can result in both an increase and a weakening of the effective capacitive coupling between them, depending on whether the penetrating body 3 is more of a one dielectric or a shielding effect in the antenna. nenfeld causes.
In certain cases, the opposing effects result in insufficient voltage changes, so that the sensitivity of the apparatus must be very high, which in addition to the necessary amplification, brings various other disadvantages with it. It is also possible to determine the frequency of the room oscillation and to superimpose it by placing a transmitter in the vicinity of the system, thereby rendering it inactive.
The present invention relates to a high-frequency electrical room protection device, which is characterized by electronic means which, when there is a change in the electrical conditions in the space to be protected between space conductors, cause a frequency change of an electromagnetic oscillation and a frequency-dependent reactance and has electronic means,
which bring alarm relays to speak when the frequency change mentioned. A tube oscillator, the frequency of which is at least briefly influenced by a change in the electrical field in the area to be protected, is expediently used as the electronic means, including a high-frequency transformer which, in addition to the transformer windings and a feedback winding, has a control winding,
to which one or more Raiuuschutzleiter are connected. A piezoelectric crystal is preferably used as the frequency-dependent reactance for generating a voltage for triggering alarm relays. This can also serve to stabilize the oscillator frequency, which could drift as a result of slow changes in the electrical switching elements or the operating voltages during operation.
An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. The drawing shows the scheme of a room protection device. s1 E3 represent electron tubes, each of which has two triode systems. Instead of triodes, pel-thodes could of course also be used, and instead of double tubes, two single tubes could be used. The heating circuits are not shown. With Trl --- Tr3 are three transformers and their windings with Arabic numbers. RI-R10 represent resistors, 01-C11 capacitors.
Q is a quartz crystal, GZ1 and Gb9- are two dry rectifiers, for example germanium diodes. The two conductors L are arranged in the space to be protected in such a way that a body penetrating into the space causes a change in capacitance between the conductors. A1 and A2 designate two relays, through which an alarm is triggered when there is a change in capacitance between the conductors.
The voltage sources are indicated schematically as two batteries, one of which supplies the positive anode voltage to ground and the other supplies the negative grid bias voltage to ground.
The arrangement works as follows: A resonant circuit, consisting of the winding 3 of the transformer Trl and the capacitor C5, is brought about by the feedback winding 1 and the excitation winding 2 of the same transformer with the help of the right electrode system of the tube El ziun. The capacitance coupled via the winding 4 and formed by the conductor L, transformed in accordance with the ratio of the number of turns, adds to the capacitance C5 and therefore exerts a frequency-determining influence on the resonant circuit.
The voltage that arises at winding 3 and capacitor C5 is fed to a voltage divider, which consists of the quartz and the adjustable resistor R4 to set the correct operating point.
As is well known, the quartz represents an extraordinarily strong frequency-dependent impedance in that it has a series and a parallel resonance point very close to one another. For frequencies in between, the impedance rises sharply with increasing frequency, so that the interconnection with the frequency-independent resistor R4) Let a rising frequency of the oscillator at the grid G1 of the tube E2 result in a rising and at the grid G2 a falling alternating voltage; since the sum of the two voltages is equal to the voltage across C5 and is therefore constant.
The two signals are amplified in tube E2. The grid bias is generated in a known manner by a cathode resistor R5 and a decoupling capacitor C6 connected in parallel. The signals amplified by the tube are fed to the two transformers Tr2 and Tr3, which are tuned to the setpoint frequency of the device by the capacitors C8 and C10.
The voltage at the winding 2 of the transformer Tr2 is fed to the resistor R7 via the rectifier GLl. By bridging this resistor with the capacitor C9, a DC voltage is generated at R7, which is proportional to the AC voltage on the quartz. Similar relationships apply to the transformer Tr3, the resistor R8, the rectifier G12 and the capacitors C10 and C11. The DC voltage across resistor R8 is proportional to the AC voltage across resistor R4.
The resistors R7 and R8 are connected in series. One end of this series circuit is connected to a fixed grid voltage, the other end leads to the two grids of the tube E3 and to the resistor R6. The arrangement of the rectifiers G11 and G12 is such that the difference in the voltages across the resistors R7 and R8 is effective on the grids of the tube E3. Via the resistors R6 and R2, the voltage mentioned goes to the grid G1 of the tube El. A capacitor is connected to ground between the resistors R6 and R2.
The time constant of the elements R6 and C7 is relatively large and is at least a few seconds. Changes in the voltage at the citters of the tube E3 therefore only have an effect on the grid G1 of the tube E1 with a long delay. This time constant can be changed by regulating the resistor R6.
It is known that a tube between the anode and cathode acts as a capacitance when the grid and anode are connected to one another by a capacitor. The size of this capacitance depends on the grid bias of the tube. The left electrode system of the tube E1 is now switched in this way. The anode is fed via the resistor R1.
The capacity of the system is parallel to the winding 2 of the transformer Tr1 by the anode and cathode over the relatively large capacities C2, respectively. C3 and C4 are connected to the ends of the winding 2 of the transformer Trl alternating current. By changing the voltage at the grid G1 of the tube E1, the frequency of the oscillator can therefore be influenced by changing the capacitance of its electrode system.
With the help of the circuit parts just described, the frequency of the oscillator is stabilized to the frequency at which the quartz has a medium impedance. Setting the arrangement. can be done by changing the capacitance C5 in such a way that a state of equilibrium is established in which the voltage at the resistor R7 is slightly higher than that at R8, which compensates for the fixed grid bias applied to R8. The two grids of the tube E3 and the grid G1 of the tube E1 are therefore approximately at ground potential.
The bias of the latter grid is generated (together with grid G2) by the cathode resistor R3 and the parallel decoupling capacitor C3 in a known manner. At the tube E3, the cathode K2 receives a voltage positive with respect to ground through the voltage divider from the resistors R9 and R10, while the cathode g1 is grounded.
For this reason, only the grid G2 has a bias voltage with respect to the cathode. In order to avoid grid current flowing at G1, it is advantageous to set the arrangement so that the potential of the grid is very little below ground potential; for the principle consideration, however, this small preload is neglected for the sake of simplicity.
The oscillator is stabilized in that every deviation from the set frequency determined by the quartz influences the grid voltage at G1 of the tube E1 in such a way that the frequency is changed in the opposite sense. Slow changes in the values of the switching elements or the capacitance between the conductors L therefore practically do not affect the frequency of the oscillator.
When the device is in the idle state, relay Al can pick up, relay A2 not due to the greater grid bias. If the capacitance between these two conductors is suddenly changed by a body that has penetrated between the conductors L, the frequency of the oscillator also changes accordingly. As a result of the large time constants of the frequency stabilization, the frequency change is not immediately adjusted. When the frequency increases, the voltage on the quartz increases and with it that on the transformer Tr2. At the resistor <RTI
ID = "0003.0069"> -R4 and transformer Tr3 the opposite is the case. The grids G1 and 'G2 of the tube E3 become positive with respect to their rest state. For this reason, relay A2 can pick up, so that now both relays are picked up. If, on the other hand, the frequency is lower as a result of the penetration of the body, the voltage on R4 increases and decreases on the quartz. The voltages on the grids G1 and G2 of the tube E3 are now negative compared to the rest state, whereby relay Al drops out.
The switching of the contacts, not shown, of the relays A1 and A2 is now made in such a way that an alarm is triggered if either both relays are energized or both are de-energized. If the oscillator voltage fails, the grids of tube E3 assume the potential of the fixed grid bias applied to resistor RS, whereby Eq. with respect to the cathode is so negative that relay Al drops out, which also triggers an alarm. The same thing happens if the whole system fails for any reason.
The whole arrangement is very delicate. As a yardstick for the sensitivity, the indication that the series and parallel resonance points of the quartz have a relative frequency spacing of only about 1/20 / 0o, the impedance in this interval being between a very small value and about 500 k S2 changes.