CH624502A5 - - Google Patents

Description

624502 2

PATENTANSPRÜCHE derung des Empfangs- und/oder Sendewandlers behoben wer-

1. Schaltungsanordnung für eine nach dem Doppler-Prinzip den. Andererseits könnte es aber auch erforderlich sein, bei arbeitende Ultraschall-Einbruchssicherungsanlage mit einem einer Veränderung der Einrichtung des zu überwachenden Sendewandler, der von einem Oszillator mit einer Oszillator- Raumes, etwa bei Verrücken eines Schrankes oder dergleichen, wechselspannung gespeist ist und der in Betrieb kontinuierlich 5 eine Ortskorrektur wenigstens eines Wandler (oder gegebe-Ultraschall-Strahlung aussendet; mit einem Empfangswandler nenfalls des Sendewandlers) vorzunehmen.

und mit einer mit dem Empfangswandler verbundenen Emp- Es war somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,

fangsschaltung, die eine Auswerteschaltung und einen Phasen- eine Schaltungsanordnung für eine Ultraschall-Einbruchssiche-detektor hat, der das Empfangssignal des Empfangswandlers rungsanlage anzugeben, die eine insoweit verbesserte Ausge-fortlaufend mit der Oszillatorwechselspannung vergleicht und î o staltung hat, dass auch solche wie voranstehende erwähnte ein vom gegenseitigen Phasenwinkel abhängiges Detektions- Massnahmen überflüssig werden.

signal bildet, das der auf die Wechselstromkomponente dieses Diese Aufgabe wird mit einer wie im Oberbegriff des

Detektionssignals ansprechenden Auswerteschaltung zuge- Patentanspruches 1 angegebenen Schaltungsanordnung erfin-führt wird, gekennzeichnet dadurch, dass die Schaltungsanord- dungsgemäss gelöst, wie dies im Kennzeichen des Patentan-nung eine phasenstarre Regelschleife (PLL) hat, zu der ein wei- 15 spruchs 1 angegeben ist Weitere Ausgestaltungen der Erfin-terer Phasendetektor (9), ein diesem Phasendetektor (9) nach- dung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor, geschaltetes Tiefpassfilter (10) und der Oszillator (110) gehö- Anhand der beigefügten Figuren werden, ausgehend von ren, wobei der Oszillator (110) ein an einem Steuereingang einer kurzen Erörterung der Schaltungsanordnung der älteren

(102) in seiner Frequenz steuerbarer Oszillator ist, und wobei Anmeldung, Ausführungsformen der Erfindung (Fig. 2 und 3) das Tiefpassfilter (10) bezüglich seiner Grenzfrequenz so 20 beschrieben.

bemessen ist, dass nur solche Signale im wesentlichen unver- Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung der erwähnten mindert passieren können, deren Frequenz kleiner als eine kriti- Offenlegungsschrift. Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild einer sehe Frequenz fc = c/r ist, worin c die Schallgeschwindigkeit erfindungsgemässen Schaltungsanordnung. Fig. 3 zeigt ein der Ultraschall-Strahlung im Raum und r der Weg für die Ultra- Schaltbild mit Detailangaben einer besonders bevorzugten schall-Strahlung vom Sendewandler zu einem in maximaler 25 Ausführungsform einer erfindungsmässen Schaltungsanord-Entfernung im Raum befindlichen reflektierenden Gegenstand nung.

und weiter zum Empfangswandler ist. , Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung hat einen Oszil-

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet lator 1, der eine Oszillatorwechselspannung an einen Ultra-dadurch, dass das dem Phasendetektor (9) zuzuführende Signal schall-Sendewandler 2 liefert. Mit 21 ist die ausgesandte Ultra-hinter einem dem Empfangswandler nachgeschalteten Verstär- 30 schall-Strahlung angedeutet. Mit 31 ist an Wänden des zu über-ker (4) abgenommen wird. wachenden Raumes und an in diesem Raum befindlichen

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet Objekten reflektierte Ultraschall-Strahlung schematisch ange-dadurch, dass das dem Phasendetektor (9) zuzuführende Signal deutet. Sie wird von einem Ultraschall-Empfangswandler 3 auf-vom Empfangswandler über einen weiteren Verstärker (8) genommen und in elektrische Signal verwandelt. Bei Reflexion direkt zugeführt ist. 35 an ruhenden Objekten stimmen die Ultraschall-Frequenzen der

Sendestrahlung 21 und der Empfangsstrahlung 31 überein. Bei bewegten Objekten, die von der Anlage zu detektieren sind, tritt die bekannte Dopplerfrequenz-Verschiebung auf, die zur Alarmgabe ausgewertet wird.

4o Das vom Empfangswandler 3 erzeugte elektrische Signal Die Erfindung bezieht sich auf eine wie im Oberbegriff des geht in einen Verstärker 4 und weiter an einen Phasendetektor Patentanspruches 1 angegebene Schaltungsanordnung. 5, der ausserdem einen Anteil der Oszillatorwechselspannung

In der deutschen Offenlegungsschrift 2 613 375 der Anmel- des Oszillators 1 des Sendeteils zugeführt erhält. Der Phasende-derin zur vorliegenden Erfindung ist eine dem Oberbegriff des tektor 5 liefert ein Ausgangssignal, dessen Amplitude vom Pha-Patentanspruches 1 entsprechende Schaltungsanordnung 45 senunterschied zwischen Oszillatorwechselspannung des Oszil-beschrieben. Der dort beschriebene Detektor der Schaltungs- lators 1 und vom Empfangswandler 3 gelieferten Empfangsanordnung hat einen für Frequenzmodulation an sich bekann- signal abhängig ist Das Ausgangssignal des Phasendetektors 5 ten Amplitudenbegrenzer für das Empfangssignal, durch den geht über ein Tiefpassfilter 6 an eine Auswertschaltung 7, in der die gesamte Amplitudenmodulation dieses Empfangssignals entsprechend einer Wechselstromkomponente des Phaende-abgeschnitten ist, wozu das Empfangssignal zuvor so hoch ver- 50 tektor-Ausgangssignals, nämlich aufgrund an einem bewegten stärkt ist, dass das vollständig amplitudenbeschnittene Signal Objekt reflektierter Strahlung, ein Alarmsignal abgegeben zur Weiterverarbeitung noch ausreichende Intensität hat, und wird.

durch einen Produkt-Detektor, dem sowohl das amplitudenbe- Die Ausrüstung einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit schnittene Signal als auch ein vom Sender abgeleitetes Refe- einem Phasendetektor insoweit bringt gewisse Schwierigkei-renzsignal zugeführt wird, und der ein Frequenzdifferenz- 55 ten, als alle bekannten Phasendetektoren keine konstante Emp-Signal liefert, das an dem Ausgangsanschluss zur Weiterleitung findlichkeit aufweisen. Die Detektionsempfindlichkeit bezüg-an die alarmauslösende Einrichtung zur Verfügung steht. lieh kleiner Phasenschwankungen zwischen den zugeführten

In besonderen Anwendungsfällen kann es bei einer Ultra- Signalen hängt davon ab, wie gross der generelle Phasenunter-schall-Einbruchssicherungsanlage der genannten älteren schied zwischen diesen dem Phasendetektor zugeführten

Anmeldung erforderlich sein, den exakten Ort der Aufstellung ™ Signalen ist Für gewisse periodisch Werte des Phasenunter-insbesondere des Ultraschall-Empfangswandlers (bzw. desjeni- schiedes kann die Empfindlichkeit sogar Null werden. Dies gen Geräteteils, in dem dieser Empfangswandler enthalten ist) kann dann eintreten, wenn bei einer Einbruchssicherungsan-speziell im Hinblick darauf auszuwählen, dass nicht durch läge bzw. einem Raumschutzgerät die empfangenen Signale je irgendwelche Interferenzen der Ultraschall-Wandler ein Signal nach Aufstellung und Raumgegebenheiten jede beliebige und erhält, das für den Phasenvergleich mit dem vom Oszillator b5 zeitliche gleichbleibende Phase gegenüber der Sende-Oszilla-dem Phasendetektor zugeführten Signal für die Auswertung torwechselspannung annehmen können. Durch bereits ungünstige Phasenlage besitzt. Dieses Problem kann in einfa- erwähnte Massnahmen lässt sich dies jedoch beheben, was eher Weise durch relativ geringfügige différentielle Ortsverän- gegebenenfalls, speziell bei Veränderungen, eine Nachjustie-

■i 624502

rung bedingen kann. teile von 1 Hz. Dies ist für den Betriebsfall, während dem keine

Gemäss einem Merkmal der Erfindung hat die in Fig. 2 Bewegung von zu detektierenden Objekten auftritt, ohne gezeigte erfindungsgemässe Schaltungsanordnung eine pha- nachteilige Wirkung. Es wird damit gewährleistet, dass die phasenstarre Regelschleife, die auch als PLL-Schaltung bekannt ist. senstarre Regelung in diesem stationären Zustand derart auf

Zu ihr gehören die in der Figur 2 mit den Bezugszeichen 9,10 s den Oszillator 110 einwirkt, dass zwischen Empfangssignal und und 110 sowie auch 11 und 102 angegebenen Einzelheiten, die Oszillatorsignal eine andauernd konstante Phasenabweichung noch nachfolgend näher erläutert werden. Die übrigen Einzel- besteht, von z. B. 90°. Damit erreicht man eine erste Vorausset-

heiten der Fig. 2 entsprechen den bereits zur Fig. 1 erläuterten zung für eine empfindliche Detektion, nämlich dass keine Pha-

Merkmalen und haben deshalb auch übereinstimmende senunbestimmtheit bezüglich der auszuwertenden Signale

Bezugszeichen. io besteht.

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein in Durch die grosse Zeitkonstante des Tiefpassfilters 10 wird seiner Frequenz, wenn auch nur in geringem Masse von z. B. eine zweite Voraussetzung erfüllt, nämlich die Vermeidung von ±5%, steuerbarer Oszillator 110 mit einem Steuereingang 102 Intensitätsauslöschungen am Empfangswandler 3. Würde näm-vorgesehen. lieh zufällig ein solcher Zustand vorliegen, so bekäme der Oszil-Wie an sich zur Fig. bereits beschrieben, liefert dieser Oszil- 15 lator 110 keine definierte Steuerspannung mehr und verändert lator 110 eine Oszillatorwechselspannung an den Sendewand- in an sich unkontrollierter Weise seine eigene Oszillatorfre-ler 2 und auch an den Phasendetektor 5. Bei der Erfindung wird quenz. Wegen der sehr grossen Zeitkonstanten der PLL-Schal-aber auch ein Teil der Oszillatorwechselspannung des Oszilla- tung erfolgt die Änderung der Oszillatorfrequenz aber sehr tors 110 einem weiteren Phasendetektor 9 zugeführt, dem langsam, d. h. in Zeiträmen, die gross gegenüber der Laufzeit ebenfalls ein Anteil des Empfangssignals des Empfangswand- 20 der Ultraschall-Strahlung im Überwachungsraum sind. Bei dielers 3 zugeführt wird. Dieser Signalanteil kann hinter dem Vor- ser selbsttätigen Frequenzveränderung des Oszillators 110 Verstärker 4 oder auch unmittelbar am Empfangswandler 3 ändern sich die Interferenzbedingungen im Raum und es findet über einen Verstärker 8 abgenommen werden. Letztere Aus- sich stets eine von beliebig vielen möglichen neuen Frequenzen führungsform eignet sich insbesondere für die Fälle, in denen für die Oszillatorwechselspannung, für die sich eine ausrei-der Phasendetektor 9 ohnehin einen Verstärker 8 enthält. 25 chend grosse Empfangsamplitude am Empfangswandler 3

Von dem weiteren Phasendetektor 9 geht dessen Ausgangs- ergibt. Die gemäss einem Merkmal der Erfindung für das Tiefsignal, das in seiner Amplitude vom Phasenunterschied abhän- passfilter 10 zu wählende Grenzfrequenz wird so bemessen, gig ist, durch eine Tiefpass 10, der in noch anzugebender Weise dass nur solche Signale im wesentlichen unvermindert passie-bemessen ist. Das Ausgangssignal des Tiefpasses 10 geht über ren können, deren Frequenz kleiner als eine kritische Frequenz eine weiteren Verstärker 11 an den Steuereingang 102 des 30 fc = c/r ist, c die Schallgeschwindigkeit der Ultraschall-Strah-Oszillators 110. lung im Raum und r der Weg für eine Ultraschall-Strahlung, die Ein wie hier yorgesehener steuerbarer Oszillator 110 wird vom Sendewandler 2 ausgesandt an einem in maximaler Entfer-auch als VCO (voltage controlied oszillator) bezeichnet. nung befindlichen Objekt reflektiert und im Empfangswandler

Die durch den Phasendetektor 9, das Tiefpassfilter 10 und detektiert worden ist. Die Bemessung der Grösse r ist unpro-

den Oszillator 110 gebildet PLL-Regelschleife ermöglicht es, 35 blematisch und relativ unkritisch. Für ein Gerät einer Ultraeine vom im Phasendetektor 9 festgestellten Phasenunter- r schall-Einbruchssicherungsanlage ist im allgemeinen bekannt,

schied abhängige Steuerung der Frequenz des Oszillators 110 wie gross etwa der Raum ist, der zu überwachen ist. Der Weg r vorzunehmen. kann also nicht das Doppelte der maximalen Entfernung im

Die Wirkungsweise der so weit beschriebenen erfindungs- Raum (Raumdiagonale) übersteigen. Die Grösse r kann ohne gemässen Schaltungsanordnung ist die, dass die Frequenz der 40 weiteres eine bis zwei Grössenordnungen grösser gewählt sein

Oszillatorwechselspannung so verändert wird, dass, solange als diejenige Weglänge, die nachher im einzelnen tatsächlichen sich im Überwachungsbereich keine Objekte bewegen, zwi- Anwendungsfall als maximale Weglänge für Ultraschall-Strah-

schen Sende-Oszillatorwechselspannung und Empfangssignal lung vorliegt.

am Wandler 3 ein vorgebbarer gleichbleibender Phasenwinkel Für den Betriebsfall des Empfangs frequenzverschobener einstellt. Der Phasenwinkel wird je nach Wahl des verwende- 45 Signale, d.h. im Detektionsfall, die in der erfindungsgemässen ten Typs des Phasendetektors so vorgegeben, dass sich ein gün- Schaltungsanordnung vorhandene PLL-Schaltung nicht. Die stige Detektionswirkung ergibt. überlagerte Doppler-Frequenz von z. B. 40 bis 400 Hz ist für die Zur Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe ist es notwen- vorliegenden träge Reaktion der PLL-Schaltung aufgrund der dig, dass stets ein ausreichend grosses Empfangssignal am niedrigen Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 10 zu schnell. Den-

Empfangswandler 3 vorliegt. Dies ist nicht immer gewährlei- 50 noch arbeitet die PLL-Schaltung weiterhin für die Einhaltung stet, besonders beim Empfang von Reflexionssignalen an nicht der Phasenbeziehung und vermeidet auch im Fall der Detek-

bewegten Objekten aufgrund günstiger Interferenzbedingun- tion einer Bewegung ungünstige Phasenlagen.

gen der Ultraschall-Strahlung im Überwachungsbereich das Fig. 3 zeigt ein vollständiges Schaltbild mit einer Ausfüh-Empfangssignal so schwach ist, dass das PLL-Regelsystem aus- rungsform einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung, ser Tritt kommt. Diesem Umstand wird mit einem weiteren 55 An sich bedarf dieses Ausführungsbeispiel keiner besonderen Merkmal der Erfindung Rechnung getragen. Aus der speziellen Erläuterung für den Fachmann. Es sollte aber dennoch eine Anwendung der Erfindung ergibt sich nämlich, dass Zeiträume Bemerkung im Zusammenhang mit der Verwendung eines hanvorhanden sind, in denen Ultraschall-Empfangssignale vorlie- delsüblichen integrierten PLL-Schaltkreises (Signetics PLL-gen, die nur auf Reflexion an nicht bewegten Objekten beru- Tondecodertyp NE 576) gegeben werden. Der Oszillator 110 hen. Solange keine Bewegungen der reflektierten Objekte auf- w> bildet zusammen mit dem Verstärker 11, einem Widerstand R treten, ist die Frequenz der empfangene Ultraschall-Strahlung des Tiefpassfilters 10 und dem Phasendetektor 9 den IC-Schaltübereinstimmend mit der Frequenz der Sende-Oszillatorwech- kreis NE 567. Als frequenzbestimmender Kondensator des selspannung. Das bedeutet, dass die PLL-Schaltung während Tiefpassfilters 10 der PLL-Schaltung dient der Kondensator dieser Zeitdauer keine Regelung durchzuführen braucht, so 100. In der Schaltung der Fig. 3 sind der Verstärker 8 und Ver-dass das in der PLL-Schaltung vorhandene Tiefpassfilter 10 6S stärker 4 der Schaltungsdarstellung nach Fig. 2 ein und dereine Zeitkonstante von z. B. t > 1 s haben kann. Der Arbeitsbe- selbe Verstärker. Der Phasendetektor 5 wird von einem logi-reich der PLL-Schaltung mit einem Tiefpassfilter 10 derartig sehen NAND-Glied gebildet.

niedriger Grenzfrequenz reduziert sich dabei auf z. B. Bruch-

G

2 Blatt Zeichnungen