CH643078A5

CH643078A5 - Verfahren und anordnung zur einbruchmeldung.

Info

Publication number: CH643078A5
Application number: CH1224378A
Authority: CH
Inventors: Gustav Bystricky
Original assignee: Cerberus Ag
Priority date: 1978-11-30
Filing date: 1978-11-30
Publication date: 1984-05-15
Also published as: FR2443108B1; JPS5576494A; FR2443108A1; US4290058A; NL7908650A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbruchmeldung gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Solche Anordnungen werden dazu verwendet, die bei einem Einbruchversuch, z.B. beim Durchbrechen einer Mauer oder Betonwand, beim Aufschneiden oder Auf-schweissen einer Metallwand, beispielsweise eines Tresors oder einer Tür, erzeugten charakteristischen Körperschallschwingungen nachzuweisen und zur Alarmsignalgabe auszuwerten. Um eine fehlerhafte Alarmgabe zu vermeiden, ist es jedoch erforderlich, dass solche Anordnungen ausschliesslich auf die durch den Einbruchversuch selbst erzeugten Schwingungen ansprechen, z.B. auf die durch das Aufbrechen oder Anbohren einer Mauer oder Wand hervorgerufenen Vibrationen oder die mit einem Schneidbrenner oder einer Sauerstofflanze beim Aufschweissen einer Metall- oder Betonwand erzeugten Körperschallschwingungen, jedoch nicht auf externe Störgeräusche.

Es ist bereits bekannt, den Einfluss der durch die-Luft übertragenen, externen Störgeräusche durch eine Schallisolierung des Körperschallaufnehmers zu eliminieren. Um die in der Wand selbst übertragenen, externen Störgeräusche auszuscheiden wird die Tatsache benützt, dass die bei einem Einbruchversuch erzeugten Körperschallschwingungen in cha- " rakteristischen Frequenzgebieten liegen, vorzugsweise im kHz-Bereich nahe der oberen Hörgrenze, während Störgeräusche meist niederfrequenter sind. Eine solche, beispielsweise in der US-PS 3 134 970 beschriebene Anordnung, verwendet daher zur Auswertung der von einem piezoelektrischen Aufnehmer empfangenen Körperschallschwingungen von Störgeräuschen einen Hochpass, wodurch niederfrequente Anteile eliminiert werden. Um weiterhin kurzdauernde Störgeräusche auszuscheiden, wird das Ausgangssignal des Hochpasses integriert, so dass ein Alarmsignal nur bei genügend lange dauernden hochfrequenten Körperschallschwingungen ausgelöst wird.

Um zu erreichen, dass eine solche Anordnung nicht nur auf derartige Körperschallschwingungen anspricht, sondern auch auf einen plötzlichen Angriff auf die zu schützende Fläche, beispielsweise mittels Sprengstoff, ist bei einer Anordnung nach US-PS 3 147 467 ein zusätzlicher Auswertekanal vorgesehen, welcher bei Auftreten sehr starker Erschütterungen kurzer Zeitdauer ebenfalls ein Alarmsignal auslöst. Der Schwellenwert dieses zusätzlichen Kanales ist dabei so hoch gewählt, dass bei einem zufälligen Anstossen an die Wand noch kein Alarmsignal ausgelöst wird, jedoch bei harten Schlägen oder Sprengversuchen sofort, d.h. nur mit geringer Zeitverzögerung. Dadurch liess sich die Störanfälligkeit von Einbruchmeldeanordnungen mit Körperschallaufnehmern bereits deutlich vermindern. Nachteilig erwies sich jedoch die Verwendung üblicher Hochpassfilter oder -Verstärker, die niederfrequente Störgeräusche, die in den meisten Wänden besser fortgeleitet werden, nur schlecht von höherfrequenten Schwingungen, die von einem Einbruchversuch herrühren, trennen. Dies führt dazu, dass schwache Einbruchvibrationen in grösserer Entfernung vom Aufnehmer von Störgeräuschen überlagert werden, so dass eine grosse Zahl von Körperschallaufnehmern in geringem Abstand voneinander vorgesehen sein mussten, um einen sicheren Schutz zu gewährleisten.

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Aus US-PS 3 471 846 ist zwar eine Einbruchmeldeanlage bekannt, bei der ein scharf begrenzter Frequenzbereich dadurch erreicht wird, dass die Fühlersignale mit einer Trägerfrequenz gemischt werden, die periodisch kontinuierlich ein Frequenzgebiet durchläuft, und die Mischsignale ein schmalbandiges Filter durchlaufen und über mehrere Durchlaufperioden integriert werden. Die Anlage erlaubt zwar die Elimination einer bestimmten konstanten Schwingung, sie hat jedoch den Nachteil, dass periodische Störschwingungen, welche zufällig im Frequenzdurchlassbereich liegen, ebenfalls Alarm geben und nicht nur die von einem Einbrecher herrührenden Körperschallschwingungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile bekannter Einbruchmeldeanordnungen mit Körperschallaufnehmern zu vermeiden und insbesondere eine solche Anordnung zu schaffen, welche gegen Störschwingungen aus der Umgebung unempfindlich ist, eine geringe Fehlalarmwahrscheinlichkeit aufweist, externe Störgeräusche besser von Einbruchgeräuschen oder -Schwingungen zu unterscheiden vermag, eine verbesserte Empfindlichkeit aufweist, eine zu schützende Fläche mit einer geringeren Anzahl von Körperschallaufnehmern zu schützen vermag, welche für vereinzelt eintretende periodische Störschwingungen unempfindlich ist und welche sich im gleichen Schutzbereich verwenden lässt wie eine Ultraschallschutzanlage.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 5 gelöst.

Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.

Figur 1 zeigt die Schaltung einer Einbruchmeldeanordnung in Blockform.

Figur 2 zeigt diese Schaltung im Detail.

Bei der in Figur 1 dargestellten Schaltung werden die Ausgangssignale eines Körperschallaufnehmers A, beispielsweise eines an der zu schützenden Fläche oder Wand angebrachten, an sich bekannten piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers, zunächst einem Bandpass-Vorverstärker 1 zugeführt. Der Frequenzdurchlassbereich dieses Vorverstärkers kann beispielsweise zwischen 3 und 30 kHz liegen. Das Ausgangssignal wird einer Mischstufe 2 zugeleitet, welche andererseits das Signal eines Oszillators 8 erhält. Die Frequenz dieses Oszillators wird von einem langsam arbeitenden Sweepgenerator 9 mit einer Durchlaufzeit von z.B. 3 bis 60 Sekunden periodisch und kontinuierlich in einem vorgegebenen Frequenzgebiet, z.B. zwischen 3 und 30 kHz, gewobbelt. Das Signal am Ausgang der beispielsweise als Produktdetektor ausgebildeten Mischstufe 2, also die Differenz der Ausgangssignale des Bandpassverstärkers 1 und des gewobbelten Oszillators 8, wird durch einen schmalbandigen Zwischenfre-quenzverstärker 3 geleitet, welcher beispielsweise eine Bandbreite im Bereich von 10-300 Hz aufweist. Am Ausgang dieses Schmalbandverstärkers 3 tritt daher während jeder Wob-belperiode nacheinander ein Amplitudensignal auf, welches der jeweiligen Frequenzstellung des Oszillators 8 entspricht, d.h. es erscheint in jeder Wobbeiperiode das gesamte Frequenzspektrum der aufgenommenen Körperschallschwingungen im Auswertebereich, beispielsweise zwischen 3 und 30 kHz.

Dieses Amplitudenspektrum wird durch einen nachgeschalteten Wandler 4 in eine andere Messgrösse umgewandelt, z.B. in einen Stromverlauf, eine sich analog zur Amplitude ändernden Frequenz oder Lichtstärke. Das Ausgangssignal des Wandlers 4 wird dann einem Integrator 5 zugeleitet, welcher je nach der ausgewerteten Grösse einen Integrationskondensator oder einen Zähler enthalten kann. Andererseits wird der Integrator von einer Rückstellschaltung 10 angesteuert, welche ein Zeitglied enthält, dessen Zeitkonstante höchstens gleich der Durchlaufzeit einer Frequenzperiode des

Sweepgenerators 9 bzw. Oszillators 8 ist.

Sobald am Ausgang des Schmalbandverstärkers 3 überhaupt ein Signal auftritt, wird die Rückstellschaltung 10 bzw. dessen Zeitglied in Gang gesetzt und nach z.B. 3 bis 60 Sekunden, sofern kein neues Signal auftritt, das vom Integrator 5 integrierte Signal wieder zurückgestellt oder gelöscht. Das Ausgangssignal des Integrators 5, welches einem Schwellenwertschalter 6 zugeleitet wird, kann daher nur dessen Schwellenwert erreichen, wenn während einer einzigen Frequenzdurchlaufperiode die integrierten Amplituden diesen Schwellenwert erreichen. Das bedeutet, dass eine einzelne periodische Schwingung vor Erreichen des zweiten Durchlaufes wieder gelöscht ist, so dass sich einzelne periodische Schwingungen nicht summieren und einen Alarm auslösen können, sondern lediglich solche Vibrationen, welche ein mehr oder weniger kontinuierliches Amplitudenspektrum im ausgewerteten Frequenzbereich aufweisen, und zwar während eines gesamten Frequenzdurchlaufes, d.h. während mehrerer Sekunden, und zwar genau im ausgewerteten Frequenzbereich, wobei Frequenzen oberhalb oder unterhalb des Frequenzbandes scharf abgeschnitten sind.

Um eine Sabotage des Melders durch Übersteuern der verwendeten Mischstufe zu verhindern, wird bei starken, kontinuierlich vorhandenen Signalen die Stufe 4 mit Hilfe der Schutzstufe 11 direkt gesteuert, und zwar so, dass das Potential am Integrator 5 nur sehr langsam (z.B. in 30 Sekunden) ansteigt.

Die beschriebene Schaltung weist also gegenüber vorbekannten Schaltungen den Vorteil auf, dass das ausgewertete Frequenzband viel schärfer begrenzt ist als bei Verwendung eines Bandpassfilters möglich ist, d.h. niederfrequentere Störschwingungen auch bei grosser Intensität überhaupt nicht berücksichtigt werden, dass periodische Schwingungen ebenfalls eliminiert werden, so dass nur unregelmässige Schwingungen mit einem mehr oder weniger kontinuierlichen Frequenzspektrum, welche längere Zeit anhalten, zur Alarmgabe führen.

Zusätzlich kann bei der beschriebenen Schaltung in bekannter Weise ein zweiter Auswertekanal mit höherer Alarmschwelle vorgesehen sein, durch welchen extrem starke, kurzdauernde Erschütterungen zur Alarmgabe ausgewertet werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass an einen Ausgang des Körperschallaufnehmers A ein Amplitu-dendiskriminator 7 angeschlossen wird, welcher nur eine Zeitverzögerung im Millisekundenbereich aufweist und dessen Ausgang ebenfalls den Schwellenwertschalter 6 in einer ODER-Schaltung ansteuert. Zweckmässigerweise enthält dieser Amplitudendiskriminator eine Selbsthalteschaltung, welche bei Ansprechen des Schwellenwertschalters 6 automatisch rückgestellt wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass nicht nur ein langsamer Einbruchversuch, z.B. durch Aufbrechen der Mauer oder Aufschneiden einer Tresorwand, zur Alarmgabe führt, sondern ebenfalls ein schneller Einbruchversuch, beispielsweise mittels Sprengstoff.

Figur 2 zeigt die Schaltung der Einbruchmeldeanordnung im Detail.

Bei dieser Schaltungsanordnung ist der Körperschallaufnehmer A an einen Bandpassvorverstärker 1 angeschlossen, welcher aus zwei Operationsverstärkern 12 und 13 mit zugehörigen Gegenkopplungs-Widerständen 14, 15 bzw. 16, 17, Arbeitspunkt-Einstellwiderständen 18, 19 und Kondensatoren 20, 21 zur Einstellung der oberen Bandfrequenz und 22, 23 zur Einstellung der unteren Bandgrenze besteht. Die Komponenten sind so gewählt, dass ein Durchlassbereich z.B. zwischen 3 und 30 kHz erreicht wird.

Die folgende Mischstufe 2 besteht aus einem Operationsverstärker 24, mit zugehörigen Kopplungswiderständen 25, 26, Kopplungskapazität 27, Gegenkopplungs-Widerstand 28

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und Kondensator 29 zur Einstellung der oberen Bandgrenze. Die Komponenten sind so gewählt, dass ein Frequenzdurchlassbereich von beispielsweise zwischen 10-300 Hz erreicht wird.

Diese Mischstufe ist über einen Kopplungswiderstand 30 und ein Potentiometer 31, welches zur Empfindlichkeitseinstellung dient, an den Schmalbandverstärker 3 angeschlossen, welcher ebenfalls aus einem ein Operationsverstärker 32 mit zugehörigen Kopplungswiderständen 33, 34, Kopplungskondensator 35 und 36 sowie einem Widerstand 37 zur Arbeitspunkt-Einstellung besteht.

Die erwähnten Komponenten der Stufen 1,2 und 3 können in einem Vierfach-Operationsverstärker zusammengefasst sein, z.B. einem integrierten Schaltkreis vom Typ Motorola MC 3301 CP.

Der gewobbelte Oszillator 8, dessen Frequenz vom Sweepgenerator 9 gesteuert wird, besteht aus zwei Operationsverstärkern 38, 39 mit zugehörigen Widerständen 40, 41, 42,43,44 und Kondensatoren 45,46. Diese Komponenten können zu einem integrierten Schaltkreis, z.B. vom Typ Motorola MC 324 CP, zusammengefasst sein.

Der Wobbeioszillator 8 kann beispielsweise als integrierter Schaltkreis vom Typ Motorola MC 14046 CP ausgeführt sein, wobei die Widerstände 47, 48 und der Kondensator 49 die Frequenzen bestimmen.

Das Ausgangssignal des Schmalbandverstärkers 3 wird einem nachgeschalteten Wandler 4 zugeführt, welcher einen Transistor 53 mit Kopplungswiderstand 50, Basiswiderstand 51 und Emitterwiderstand 52 aufweist. Dieser Wandler liefert in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Schmalbandverstärkers 3 über die an den Kollektor des Transistors 53 angeschlossene Diode 54 einen entsprechenden Aufladestrom an den Kondensator 5.

An den Kondensator 5 ist ein Schwellenwertschalter 6 angeschlossen, welcher einen Operationsverstärker 55, welcher ebenfalls in den bereits erwähnten integrierten Schaltkreis vom Typ Motorola MC 324 CP integriert sein kann, sowie zugehörige Widerstände 56, 57 und 58 aufweist, wobei an den Ausgang des Operationsverstärkers 55 ein Alarmrelais 59 angeschlossen ist. Von den Arbeitskontakten 60 dieses Alarmrelais wird eine nicht dargestellte Alarmeinrichtung gesteuert. Der Operationsverstärker 55 ist durch eine Serie-5 Schaltung eines Widerstandes 61 und einer Diode 62 überbrückt, welche zur Entladung des Kondensators 5 dienen, um eine definierte Alarmselbsthaltezeit zu erreichen.

Die den Integrator 5 ansteuernde Rückstellschaltung 10 enthält einen als Schmitt-Trigger geschalteten Operationsver-10 stärker 63, welcher ebenfalls in den erwähnten integrierten Schaltkreis vom Typ Motorola MC 324 CP integriert sein kann, mit den zugehörigen Widerständen 64, 65,66, sowie eine Serieschaltung eines Widerstandes 67 und einer Diode 68 zum Anschluss an den Ausgang des Schmalbandverstär-15 kers 3 und einen Kondensator 69. Dieser Kondensator wird über den Widerstand 67 und die Diode 68 entladen und über den Widerstand 70 geladen.

Die Schutzstufe 11, welche zur Verhinderung einer Sabotage durch Übersteuern der Mischstufe 2 dient, weist einen 20 Operationsverstärker 71 und an dessen Ausgang einen Widerstand 72 und eine Diode 73 auf. Die Komponenten sind so gewählt, dass die Ladespannung des Kondensators 5 nur relativ langsam ansteigen kann, beispielsweise innert einer halben Minute.

25 Weiterhin ist ein Spannungsteiler aus den Widerständen 74 und 75 vorgesehen, welcher zur Einstellung der Arbeitspunkte des Sweepgenerators 9 und der Schutzschaltung 11 dient.

In der Anschlussleitung für die Schaltungsanordnung ist 30 ein Festspannungsregler 76, z.B. vom Typ Motorola

MC 7806 CG mit einem parallel geschalteten Kondensator 77 vorgesehen, durch welche die Versorgungsspannung auf einen festen Wert stabilisiert wird.

Es sei bemerkt, dass die Komponenten in der beschriebe-35 nen Schaltung auch durch andere Komponenten mit äquivalenter Wirkung ersetzt werden können. Die dazu erforderlichen Massnahmen sind dem Fachmann bekannt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Einbruchmeldung, bei welchem die von einem an einer zu schützenden Fläche angebrachten Körperschallaufnehmer abgegebenen Signale mit einer Trägerfrequenz gemischt werden, deren Frequenz periodisch und kontinuierlich in einer vorgegebenen Zeitdauer ein bestimmtes Frequenzgebiet durchläuft, und die gemischten Signale in einem schmalbandigen Frequenzbereich gefiltert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die gefilterten Signale so integriert werden, dass das integrierte Signal zurückgesetzt wird, wenn der zeitliche Abstand von zwei nacheinanderfolgenden Signalen eine bestimmte Zeitdauer überschreitet, welche höchstens gleich der Zeitdauer eines Frequenzdurchlaufes ist, und ein Alarmsignal gegeben wird, sobald das integrierte Signal innerhalb der Rücksetzzeit eine vorgegebene Schwelle erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenz in einem Frequenzgebiet gewobbelt wird, das im Bereich zwischen 3 und 30 kHz liegt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gemischten Signale in einem Frequenzbereich gefiltert werden, der zwischen 10 und 300 Hz liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte Signal nach einer Zeitdauer von zwischen 3 und 60 Sekunden zurückgesetzt wird, sofern kein weiteres Signal auftritt.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch 1 mit einer an den Körperschallaufnehmer angeschlossenen elektrischen Auswerteschaltung zur Signalgabe, wenn die aufgenommenen Körperschallschwingungen von vorgegebenen Werten abweichen, wobei die Auswerteschaltung eine Mischstufe (2) enthält, die die vom Körperschallaufnehmer (A) abgegeben Signale mit einer Schwingung mischt, deren Trägerfrequenz periodisch und kontinuierlich ein vorgegebenes Frequenzgebiet mit einer bestimmten Periodendauer durchläuft, eine Schaltung (3) mit einer Frequenzdurchlässigkeit in einem schmalbandigen Frequenzbereich zur Verarbeitung des gemischten Signales, an deren Ausgang das Frequenzspektrum der vom Körperschallaufnehmer (A) abgegebenen Signale im Trägerfrequenzdurchlaufgebiet erscheint, sowie einen Integrator (5) zur Integration der Ausgangssignale der schmalbandigen Schaltung, gekennzeichnet durch eine Rückstellschaltung (10) für den Integrator (5) mit einer Rücksetzzeit, welche höchstens gleich gross ist wie die Trägerfrequenzdurchlaufperiode, sowie durch einen Schwellenwertschalter (6) zur Alarmsignalgabe.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen Sweepgenerator (9) und einen von diesem angesteuerten Oszillator (8) aufweist, welcher der Mischstufe (2) eine Schwingung zuführt, deren Frequenz periodisch das angegebene Frequenzgebiet durchläuft.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen an die Schaltung (3) mit schmalbandiger Frequenzdurchlässigkeit angeschlossenen, spannungsgesteuerten Stromgeber (4) aufweist, sowie einen an dessen Ausgang angeschlossenen Ladekondensator (5) als Integrationsschaltung.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung eine Schutzstufe (11) aufweist, welche den Stromgeber (4) so steuert, dass das Potential am Integrationskondensator (5) nur langsam anzusteigen vermag.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen weiteren Auswertekanal mit höherer Alarmschwelle und kürzerer Zeitverzögerung zur Auslösung eines Alarmsignales aufweist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Auswertekanal einen Amplitudendiskri-minator (7) aufweist, dessen Ausgang in einer ODER-Schal-tung mit dem Schwellenwertschalter (6) verbunden ist.