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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Funktionskontrolle einer Ultraschall Alarmanlage mit einem elektrischen Schwingungserzeuger (1), einem daran angeschlossenen, in einen geschützten Bereich Ultraschall austrahlenden Geber (2), einem Ultraschallaufnehmer (3) zum Empfang der Ultraschallwellen an einer Stelle des geschützten Bereiches und zur Umwandlung in ein elektrisches Signal, und einer an den Aufnehmer (3) angeschlossenen Auswerteschaltung (5), welcher gleichzeitig die elektrischen Schwingungen eines Referenzsignales zugeführt werden und welche bei einer vorgegebenen Frequenzabweichung des empfangenen und des Referenzsignales ein Alarmsignal auslöst, dadurch gekennzeichnet, dass während der Funktionskontrolle die Frequenz (f) des Referenzsignales in vorgegebener Weise geändert wird, um so die Bewegung eines Eindringlings zu Simulieren.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (f) sprunghaft geändert wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (f) kontinuierlich geändert wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (f) um eine Mittelfrequenz gewobbelt wird.
5. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wobbelung der Frequenz durch eine durch Anschluss eines Netzwerkes instabil gemachte phasengesteuerter Regelschlaufe (Phase-Locked-Loop) erreicht wird.
6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an die phasengesteuerte Regelschlaufe (Phase-Lokked-Loop ein RC-Netzwerk angeschlossen wird.
7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit der Frequenz der Referenzsignales in gleicher Weise die Frequenz des vom Oszillator an den Schwingungsgeber abgegebenen Signales geändert wird, und dass die durch den Laufzeitunterschied zwischen dem elektrischen Referenzsignal und dem akustischen Ultraschall-Signal hervorgerufenen Frequenzdifferenzen als Kriterium für die Funktionsfähigkeit der Anlage ausgewertet wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionskontrolle einer Ultraschall-Alarmanlage mit einem elektrischen Schwingungserzeuger, einem daran angeschlossenen, in einen geschützten Bereich Ultraschall ausstrahlenden Geber, einem Ultraschallaufnehmer zum Empfang der Ultraschallwellen an einer Stelle des geschützten Bereiches und zur Umwandlung in ein elektrisches Signal, und einer an den Aufnehmer angeschlossenen Auswerteschaltung, welcher gleichzeitig die elektrischen Schwingungen eines Referenzsignal zugeführt werden und welche bei einer vorgegebenen Frequenzabweichung des empfangenen und des Referenzsignales ein Alarmsignal ausgelöst.
Bei solchen Ultraschall-Alarmanlagen, wie sie beispielsweise in der DT-OS 2423 185 beschrieben sind, wird die Tatsache ausgenützt, dass eine sich im geschützten Bereich bewegende Person infolge des Dopplereffektes eine Frequenzänderung eines Teiles der Ultraschallwellen entsprechend seiner Bewegungsgeschwindigkeit verursacht. Die an den Ultraschallaufnehmer angeschlossene Auswerteschaltung stellt fest, ob in den empfangenen Schwingungen in bestimmter Weise gegenüber den ausgesandten frequenzveränderten Schwingungen enthalten sind. Falls diese Doppler-Änderungen in bestimmten, der normalen Bewegungsgeschwindigkeit eines Eindringlings entsprechenden Frequenzbändern liegen, wie beispielsweise in der DT-OS 2423277 angegeben, so wird ein
Alarmsignal ausgelöst.
Da eine solche Alarmanlage kein Alarmsignal auszulösen vermag, sobald die Signalkette an irgendeiner Stelle unterbro chen ist, zum Beispiel durch Ausfall bestimmter Komponenten oder durch einen Sabotageversuch, so müssen diese überwacht oder auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden.
Aus der DT-OS 1940217 ist es bekannt, ein Signal auszulö sen, sobald der Aufnehmer keine Ultraschallwellen mehr auf nimmt. Auf diese Weise kann zwar der Ultraschallgeber und -aufnehmer überwacht werden, jedoch nicht die Auswerte schaltung.
Aus der US-PS 2615970 ist es auch bekannt, im geschütz ten Bereich eine mechanisch schwingungsfähige Einrichtung vorzusehen, welche bei Bewegung eine ähnliche Doppler-Ver schiebung der Ultraschallwellen verursacht wie ein Einbrecher und somit alarmäquivalente Bedingungen schafft. Diese Ein richtung hat jedoch den Nachteil, dass zur Funktionsüberwa chung ein mechanisches Element benötigt wird.
Zur Regelung der Empfindlichkeit einer Ultraschall-Alarm anlage ist es gemäss US-PS 2903 683 auch bekannt, eine Fre quenzmodulation des ausgestrahlten Ultraschalls vorzusehen, während die Auswerteschaltung als Referenzsignal lediglich ein Trägersignal mit konstanter Frequenz erhält. Diese Modu lation dient jedoch nicht zur Funktionsüberwachung.
Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile und die Schaffung eines Verfahrens zur Funktionskontrolle einer Ultraschall-Alarmanlage, bei welchem auf rein elektrischem Wege alarmäquivalente Bedingungen simuliert werden und wobei alle Teile der Alarmanlage und der elektrischen Schaltung auf die tatsächliche Funktion kontrolliert werden.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass während der Funktionskontrolle die Frequenz des Referenzsignales in vorgegebener Weise geändert wird, um so die Bewegung eines Eindringlings zu simulieren. Diese Frequenzänderung kann beispielsweise sprunghaft, kontinuierlich oder periodisch erfolgen.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens wird gleichzeitig mit der Frequenz des Referenzsignales auch das dem Ultraschallgeber zugeführte Signal in gleicher Weise geändert. Dabei wird die Tatsache ausgenützt, dass das empfangene Ultraschallsignal in der Auswerteschaltung, bedingt durch die Schallgeschwindigkeit, eine gewisse Zeitverzögerung gegenüber dem Referenzsignal aufweist. Eine Frequenzdifferenz zwischen Aufnehmersignal und Referenzsignal dient dabei zur Kontrolle der Funktionsfähigkeit der Anlage.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand des in der Figur dargestellten Blockschaltbildes einer Alarmanlage erläutert.
Ein elektrischer Oszillator 1 mit steuerbarer Schwingungsfrequenz gibt an einen Ultraschallgeber 2 elektrische Schwingungen mit einer Frequenz f zum Beispiel im 20-kHz-Bereich ab. Der Ultraschallgeber strahlt in den geschützten Bereich Ultraschallwellen mit dieser Frequenz f ab. In diesem Bereich bildet sich im Normalfall, solange keine Bewegung auftritt, ein stehendes Ultraschallfeld mit der festen Frequenz f, das von einem an einer Stelle des Bereiches angeordneten Ultraschallaufnehmer 3 in ein elektrisches Signal umgesetzt wird, welches dann über einen Verstärker 4 einer Frequenzvergleichsschaltung 5 zugeführt wird. Der Frequenzvergleicher 5 wird ebenfalls vom Oszillator 1 direkt angesteuert und stellt fest, inwieweit die vom Aufnehmer 3 abgegebenen Schwingungen von der Oszillatorfrequenz f abweichende Frequenz enthalten.
An die Frequenzvergleichsschaltung 5 ist eine Alarmauswerteschaltung 6 angeschlossen, welche einen Alarmschalter 7 ansteuert, sobald der Frequenzvergleicher 5 Doppler-Frequenz änderungen A f in bestimmten Frequenzbereichen, zum Beispiel im Bereich zwischen 20 und 100 Hz, feststellt. Weitere
Einzelheiten über eine geeignete Ausbildung einer solchen Alarmanlage können beispielsweise der DT-OS 2423 185 und der DT-OS 2423277 entnommen werden.
Im Normalfall, solange im geschützten Bereich keine Bewegung herrscht, stimmt die Frequenz der empfangenen mit der der ausgesandten Schwingungen überein und der Frequenzvergleicher 5 stellt keinen Frequenzunterschied fest, sodass kein Alarmsignal ausgelöst werden kann. Sobald sich jedoch im geschützten Bereich ein Objekt O, zum Beispiel ein Einbrecher mit einer bestimmten Geschwindigkeit v bewegt, so tritt am Ort des Empfängers 3 neben der ursprünglichen Frequenz fein gewisser Anteil einer nach dem Doppler-Prinzip geänderten Frequenz f' auf, und am Ausgang des Frequenzvergleichers 5 treten Schwingungen mit einer Differenzfrequenz A f auf, welche der Alarmauswertung 6 zugeführt werden, die wiederum den Alarmschalter 7 zur Abgabe eines Alarmsignales A veranlasst, wenn die Doppler-Frequenzen A f in einem vorgegebenen,
der normalen Bewegungsgeschwindigkeit eines Einbrechers entsprechenden Frequenzgebiet liegen.
Zur Durchführung einer Funktionskontrolle enthält die dargestellte Alarmanlage zusätzlich zu den bekannten Elementen eine Funktionskontrollsteuerung 8. Während der Testphase steuert diese Einrichtung 8 den Oszillator 1 in der Weise, dass die Frequenz f des vom Oszillator 1 an den Frequenzvergleicher 5 abgegebenen Referenzsignales in bestimmter Weise geändert wird. Der Frequenzvergleicher 5 erhält also vom Aufnehmer 3 über den Verstärker 4 ein Signal der ursprünglichen Frequenz f, die von der Frequenz f auf dem Referenzkanal abweicht, sodass die Alarmauswerteschaltung 6 den Alarmschalter 7 in gleicher Weise ansteuert, wie bei einer echten Bewegung.
Der Alarmschalter 7 wird jedoch zusätzlich von der Funktionskontrollschaltung 8 derart angesteuert, dass eine Alarmsignalgabe am Ausgang A unterdrückt wird, jedoch an einem anderen Ausgang S angezeigt wird, ob die Anlage bei dem Funktionstest richtig anspricht oder nicht.
Die Funktionskontrollschaltung 8 kann über einen Testeingang T entweder von Hand eingeschaltet werden oder automatisch periodisch in gewissen Zeitabständen bzw. bei jedem Einschalten oder Scharfstellen der Alarmanlage.
Die Änderung der Referenzfrequenz f kann ebenfalls in verschiedener Weise erfolgen, zum Beispiel sprunghaft von einer Frequenz auf eine andere, sie kann jedoch auch kontinuierlich sein, oder es kann sich um ein periodisch, symmetrisch um die Mittelfrequenz f gewobbeltes Signal handeln. Wird dabei die Sendefrequenz konstant gehalten, so tritt im ersteren Fall am Ausgang des Frequenzvergleichers 5 eine feste Differenzfre quenz A f auf, während im zweiten Fall sich die Differenzfrequenz kontinuierlich ändert, und im dritten Fall die Frequenzdifferenz zwischen einem positiven und einem negativen Wert oszilliert.
Eine besonders geeignete Weiterbildung der Erfindung ergibt sich, wenn während der Funktionskontrolle die Frequenz der dem Schwingungsgeber zugeführten Schwingungen in gleicher Weise geändert wird wie die des Referenzsignales f.
Hierbei wird die unterschiedliche Laufzeit des akustischen
Signales zwischen Geber 2 und Aufnehmer 3 und des elektrischen Referenzsignales zwischen Oszillator 1 und Frequenzvergleicher 5 ausgenützt, welche bewirkt, dass das Referenzsignal stets eine gewisse Zeit vor dem Aufnehmersignal im Frequenzvergleicher 5 eintrifft. Bei einer sprunghaften Änderung der Oszillatorfrequenz auf beiden Kanälen wird daher während einer kurzen Zeit eine Frequenzdifferenz A f auftreten, welche von der Alarmauswerteschaltung 6 zur Anzeige der ordnungsgemässen Funktion der Anlage benutzt werden kann.
Andererseits zeigt sich im Falle einer kontinuierlichen Frequenzänderung auf beiden Kanälen während der Kontrollphase eine dauernde Frequenzdifferenz A f zwischen Referenz- und Emp fängersignal, welche von der Alarmauswertung ebenfalls zur
Anzeige der Funktionstüchtigkeit ausgewertet werden kann.
Im Falle einer periodischen Frequenzänderung ändert sich die
Frequenzdifferenz A ebenfalls periodisch und überstreicht dabei den gesamten infragekommenden Doppler-Frequenzbereich.
Zur Erzeugung einer periodischen Frequenzänderung in dem erforderlichen, sehr niederfrequenten Bereich hat sich eine Regelschaltung mit einem als PLL (Phase Locked Loop) bekannt gewordenen Bauteil, zum Beispiel vom Typ 4046 als besonders geeignet erwiesen, in dessen Regelschlaufe ein ge eignetes RC-Netzwerk eingeschaltet wird, durch das die Schal tung instabil wird und das Ausgangssignal sehr langsam um eine stabilisierte Mittelfrequenz schwingt, wobei diese Mittelfrequenz vollständig unterdrückt wird.
Auf diese Weise lassen sich bei einer mit etwa 20 kHz Mittelfrequenz arbeitende Anlage durch geeignete Wahl der Bauteile leicht Frequenzänderungen im Bereich von +20-200 Hz erzeugen, wie sie für einen Eindringling charakteristisch sind, und auf die die Auswerteschaltung abgestimmt ist.
Das anhand der dargestellten Schaltung beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass sämtliche Bauteile der Ultraschall Alarmanlage auf ihr ordungsgemässes Funktionieren auf rein elektrischem Wege mit einfachsten Mitteln sicher geprüft werden können.
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PATENT CLAIMS
1. A method for the functional control of an ultrasonic alarm system with an electrical vibration generator (1), a connected transducer (2) which emits ultrasound in a protected area, an ultrasonic transducer (3) for receiving the ultrasonic waves at a point in the protected area and for converting them into an electrical signal, and an evaluation circuit (5) connected to the transducer (3), to which the electrical oscillations of a reference signal are fed at the same time and which triggers an alarm signal in the event of a predetermined frequency deviation of the received and the reference signal, characterized in that the Frequency (f) of the reference signal is changed in a predetermined manner so as to simulate the movement of an intruder.
2. The method according to claim 1, characterized in that the frequency (f) is changed abruptly.
3. The method according to claim 1, characterized in that the frequency (f) is changed continuously.
4. The method according to claim 1, characterized in that the frequency (f) is swept around a center frequency.
5. The method according to claim 4, characterized in that the wobbling of the frequency is achieved by a phase-controlled loop made unstable by connecting a network (phase-locked loop).
6. The method according to claim 5, characterized in that an RC network is connected to the phase-controlled control loop (phase-Lokked-Loop.
7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that simultaneously with the frequency of the reference signal in the same way, the frequency of the signal emitted by the oscillator to the vibration generator is changed, and that the delay time difference between the electrical reference signal and the acoustic Ultrasonic signal generated frequency differences is evaluated as a criterion for the functionality of the system.
The invention relates to a method for the functional control of an ultrasonic alarm system with an electrical vibration generator, a transducer connected to it, which emits ultrasound in a protected area, an ultrasonic sensor for receiving the ultrasonic waves at a point in the protected area and for converting it into an electrical signal, and evaluation circuit connected to the transducer, to which the electrical oscillations of a reference signal are fed at the same time and which triggers an alarm signal in the event of a predetermined frequency deviation of the received and reference signals.
In such ultrasonic alarm systems, as described for example in DT-OS 2423 185, the fact is exploited that a person moving in the protected area causes a frequency change of part of the ultrasonic waves due to the Doppler effect according to his movement speed. The evaluation circuit connected to the ultrasound sensor determines whether the received vibrations contain vibrations that have changed in frequency compared to the transmitted vibrations. If these Doppler changes are in certain frequency bands corresponding to the normal speed of movement of an intruder, as specified in DT-OS 2423277, for example, a
Alarm signal triggered.
Since such an alarm system cannot trigger an alarm signal as soon as the signal chain is interrupted at any point, for example due to the failure of certain components or an attempted sabotage, these must be monitored or checked for functionality.
From DT-OS 1940217 it is known to trigger a signal sen as soon as the transducer no longer picks up ultrasonic waves. In this way, the ultrasonic transmitter and transducer can be monitored, but not the evaluation circuit.
From US-PS 2615970 it is also known to provide a mechanically vibratory device in the protected area, which causes a similar Doppler-Ver shift of the ultrasonic waves when moving as an intruder and thus creates alarm-equivalent conditions. However, this device has the disadvantage that a mechanical element is required for functional monitoring.
To control the sensitivity of an ultrasonic alarm system, it is also known according to US-PS 2903 683 to provide a Fre quenzmodulation of the emitted ultrasound, while the evaluation circuit receives only a carrier signal with constant frequency as a reference signal. However, this modulation is not used for function monitoring.
The object of the invention is to eliminate the disadvantages mentioned and to create a method for function control of an ultrasonic alarm system, in which conditions equivalent to alarms are simulated purely electrically and all parts of the alarm system and the electrical circuit are checked for their actual function.
The invention is characterized in that the frequency of the reference signal is changed in a predetermined manner during the functional check in order to simulate the movement of an intruder. This frequency change can take place abruptly, continuously or periodically, for example.
In a further development of the method according to the invention, the signal fed to the ultrasonic transmitter is also changed in the same way at the same time as the frequency of the reference signal. This makes use of the fact that the ultrasonic signal received in the evaluation circuit has a certain time delay compared to the reference signal due to the speed of sound. A frequency difference between the sensor signal and the reference signal is used to check the functionality of the system.
The method according to the invention is explained with the aid of the block diagram of an alarm system shown in the figure.
An electrical oscillator 1 with a controllable oscillation frequency emits electrical oscillations with a frequency f, for example in the 20 kHz range, to an ultrasonic transmitter 2. The ultrasonic transmitter emits ultrasonic waves with this frequency f into the protected area. In this area, as long as no movement occurs, a stationary ultrasonic field with the fixed frequency f is normally formed, which is converted into an electrical signal by an ultrasonic transducer 3 located at one point in the area, which is then fed to a frequency comparison circuit 5 via an amplifier 4 becomes. The frequency comparator 5 is also controlled directly by the oscillator 1 and determines the extent to which the vibrations emitted by the transducer 3 contain a frequency deviating from the oscillator frequency f.
An alarm evaluation circuit 6 is connected to the frequency comparison circuit 5 and controls an alarm switch 7 as soon as the frequency comparator 5 detects Doppler frequency changes A f in certain frequency ranges, for example in the range between 20 and 100 Hz. Further
Details about a suitable design of such an alarm system can be found in DT-OS 2423 185 and DT-OS 2423277, for example.
In the normal case, as long as there is no movement in the protected area, the frequency of the received vibrations matches that of the transmitted vibrations and the frequency comparator 5 does not detect any frequency difference, so that no alarm signal can be triggered. However, as soon as an object O, for example a burglar, moves at a certain speed v in the protected area, a certain proportion of a frequency f 'changed according to the Doppler principle occurs at the location of the receiver 3 in addition to the original frequency, and at the output of the frequency comparator 5, oscillations occur with a difference frequency A f, which are fed to the alarm evaluation 6, which in turn causes the alarm switch 7 to output an alarm signal A when the Doppler frequencies A f in a predetermined,
frequency range corresponding to the normal speed of movement of an intruder.
To carry out a functional check, the alarm system shown contains a functional control control 8 in addition to the known elements . The frequency comparator 5 receives a signal from the transducer 3 via the amplifier 4 with the original frequency f, which deviates from the frequency f on the reference channel, so that the alarm evaluation circuit 6 controls the alarm switch 7 in the same way as with a real movement.
The alarm switch 7 is, however, additionally controlled by the function control circuit 8 in such a way that an alarm signal at output A is suppressed, but at another output S it is indicated whether the system responds correctly to the function test or not.
The function control circuit 8 can either be switched on manually via a test input T or automatically periodically at certain time intervals or each time the alarm system is switched on or armed.
The reference frequency f can also be changed in various ways, for example abruptly from one frequency to another, but it can also be continuous, or it can be a signal swept periodically, symmetrically around the center frequency f. If the transmission frequency is kept constant, in the first case a fixed frequency A f at the output of the frequency comparator 5, while in the second case the difference frequency changes continuously, and in the third case the frequency difference oscillates between a positive and a negative value.
A particularly suitable further development of the invention results when, during the functional check, the frequency of the vibrations fed to the vibration generator is changed in the same way as that of the reference signal f.
The different running times of the acoustic
The signal between the transmitter 2 and the pickup 3 and the electrical reference signal between the oscillator 1 and the frequency comparator 5 are used, which means that the reference signal always arrives at the frequency comparator 5 a certain time before the pickup signal. In the event of a sudden change in the oscillator frequency on both channels, a frequency difference A f will therefore occur for a short time, which can be used by the alarm evaluation circuit 6 to display the proper functioning of the system.
On the other hand, in the case of a continuous frequency change on both channels during the control phase, there is a permanent frequency difference A f between the reference and the receiver signal, which is also used by the alarm evaluation
Display of functionality can be evaluated.
In the case of a periodic frequency change, the changes
Frequency difference A also periodically and thereby sweeps over the entire Doppler frequency range in question.
To generate a periodic frequency change in the required, very low-frequency range, a control circuit with a component known as a PLL (Phase Locked Loop), for example of the 4046 type, has proven to be particularly suitable, in whose control loop a suitable RC network is switched on , through which the circuit becomes unstable and the output signal oscillates very slowly around a stabilized center frequency, this center frequency being completely suppressed.
In this way, with a system operating at a medium frequency of about 20 kHz, by suitable selection of the components, frequency changes in the range of + 20-200 Hz can easily be generated, as are characteristic of an intruder and to which the evaluation circuit is adapted.
The method described on the basis of the circuit shown has the advantage that all components of the ultrasonic alarm system can be reliably checked for their proper functioning purely electrically using the simplest means.