CH676519A5 - - Google Patents

Description

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CH676 519 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ein-dringdetektion gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Eindringdetektionsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Eine solche Eindringdetektionsanordnung ist aus der US-A 3 438 021 (DE-A 1 766 574) bekannt. Zur Perimeter-Überwachung, d.h. zur Überwachung von Freigeländen gegen unbefugtes Betreten, Befahren etc., werden in der Luftzone Infrarot- oder Mikrowellenschranken oder elektrostatische Felder eingesetzt. An der Abschrankung können Elec-tret-Kabel, Vibrationsmelder auf einem Zaun oder Drahtzug-Melder eingesetzt werden. Diese Systeme haben den Nachteil, daß sie äußerlich erkennbar sind und damit die Möglichkeit der Überwindung durch unbefugte Eindringlinge gegeben ist. Außerdem sind diese Systeme anfällig für Fehlalarme durch Witterungseinflüsse, wie Nebel, Regen, Schnee, Eisbildung etc.

Ein Teil der genannten Nachteile kann durch im Boden verlegte Systeme überwunden werden. Dabei können z.B. entlang der Grenze eines zu überwachenden Geländes eine Reihe von Geophonen im Erdreich angeordnet werden, welche die beim Betreten des Geländes auftretenden Schwingungen in elektrische Signale umwandeln und diese an eine Signalzentrale weiterleiten. Weiterhin sind Leckkabel nach dem HF-System üblich, bei denen die Veränderung eines elektromagnetischen Feldes durch Durchschreiten zur Alarmgabe ausgenutzt wird. Diese Systeme sind durch Holzstelzen, bzw. Überspringen überwindbar. Sehr verbreitet sind im Boden verlegte Druckschläuche, welche die Belastungsänderung des Bodens, bzw. den Trittdruck zur Signalgabe auswerten.

In der DE-A 1 766 574 ist eine Einrichtung zum Feststellen, ob Lebewesen oder Gegenstände in abgegrenzte Bereiche eindringen, beschrieben. Bei diesem System sind nachgiebige, flüssigkeitsgefüllte Röhren, an welche jeweils Körperschallwandler angeschlossen sind, die auf von der Flüssigkeit aufgenommene Impulse ansprechen, längs einer Umzäunung in den Boden eingegraben. Zur Vermeidung von Fehlalarmen sind die beiden den Röhren zugeordneten Empfangsimpulsformer so geschaltet, daß ein Alarm nur ausgelöst wird, wenn zwischen den in den einzelnen Röhren empfangenen Schallschwingungen eine Phasenverschiebung auftritt. Bei diesem System erfolgt - wie bei den anderen bekannten Boden-Perlmeter-Systemen (GPS = Ground Perimeter System) - die Alarmauslösung, wenn die Amplitude des Ausgangssignals der Kör-perschallimpulswandter einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.

Die bekannten Perimetersysteme weisen eine relativ hohe Fehlalarmquote auf und ermöglichen es nicht, den Ort des Eindringens in den zu überwachenden Bereich zu lokalisieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Eindringdetektion und eine Eindringdetektionsanordnung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 4 angegebenen Merkmalen so auszugestalten, daß die Nachteile der bisher bekannten Systeme behoben werden. Insbesondere liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine Eindringdetektionsanordnung zu schaffen, welche eine verminderte Fehlalarmquote aufweist und eine grobe Lokalisierung des Eindringens ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Eindringdetektion durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und bei einer eingangs genannten Eindringdetektionsanordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

Bei allen bisher bekannten Eindringdetektionsan-ordnungen zur Überwachung von Freigeländen werden nur die Amplituden der durch die Sensoren erhaltenen elektrischen Signale ausgenutzt. Beim Erreichen eines vorher eingestellten Schwellenwertes wird ein Alarmsignal ausgelöst. Die vorliegende Erfindung wertet demgegenüber in erster Linie die Zeitlaufunterschiede der von verschiedenen Sensoren erhaltenen Signale aus, was erheblich weniger störanfällig ist.

Die Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eindringdetektionsanordnung und

Fig. 2 schematisch eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eindringdetektionsanordnung

Die in Figur 1 dargestellte Eindringdetektionsanordnung besteht aus zwei mit einer Flüssigkeit gefüllten Sensorschläuchen S1 und S2, welche parallel zueinander in circa 1 bis 2 m Abstand circa 0,25 m tief im Boden verlegt sind. Beide Schläuche enthalten je ein druckempfindliches, piezoelektrisches Kabel K1, bzw. K2. Durch die Verlegung in den flüssigkeitsgefüllten Druckschläuchen werden die piezoelektrischen Kabel akustisch besser an das umgebende Medium (Erde) angepaßt.

An den Enden der Schläuche S1 und S2 befindet sich je ein Körperschallimpulswandler P1, bzw. P2, vorzugsweise als piezoelektrischer Sensor ausgebildet, zur Detektlon der In der Flüssigkeit ankommenden Druckwellen. Außerdem werden hier die Signale von Kl und K2 abgenommen (Auswertestellen SE1 und SË2). Das Gebiet zwischen den beiden Sensorschläuchen S1 und S2 wird als C bezeichnet, während das außerhalb des Schlauchs S1 liegende Gebiet mit A und das innerhalb des Schlauchs S2 liegende Gebiet, d.h. das eigentliche zu überwachende Gelände, mit B bezeichnet werden. Körperschallquellen, z.B. gehende Menschen, sich bewegende Tiere, Fahrzeuge, vom Wind bewegte Bäume etc., werden je nach dem Gebiet (A, B oder C), In dem sie sich befinden, mit XA1, XB1, bzw. XC1 bezeichnet. Die Kennziffern 2 und 3 bezeichnen jeweils die Auftreffpunkte der von den Körperschallquellen ausgehenden Bodenschallwellen auf den nächstliegenden, bzw. den entfernter liegenden Sensor5

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schlauch. Ein beispielsweise von einer im Gebiet A liegenden Körperschallquelle XA1 ausgehende Bodenschallwelle trifft zuerst an der Stelle XA2 auf den Sensorschlauch S1 und dann an der Stelle XA3 auf den Sensorschlauch S2,

Der Betrieb der erfindungsgemäßen Eindringdetektionsanordnung sei nunmehr an Hand des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 näher erläutert. Angenommen eine Körperschallquelle XA1, z.B. ein unbefugter Eindringling im Gebiet A, erzeuge Bodenschallwellen, die nach einer bestimmten Zeit t1 an der Stelle XA2 auf den nächstliegenden Sensorschlauch S1 auftreffen und in diesem eine Druckwelle auslösen. Diese Druckwelle löst unmittelbar in dem piezoelektrischen Kabel K1 ein elektrisches Signal aus, welches sofort (d.h. innerhalb von Mikro-sekunden) an der Auswertestelle SE1 zur Verfügung steht. Nach der (vom Zeitpunkt des Entstehens der Bodenschallwellen an gemessenen) Zeit t2 trifft die Bodenschallwelle an der Stelle XA3 auf den entfernter liegenden Sensorschlauch S2 auf, in welchem ebenfalls eine Druckwelle ausgelöst wird, welche in dem piezoelektrischen Kabel K2 ein elektrisches Signal auslöst, das sofort an der Auswertestelle SE2 zur Verfügung steht.

Die Zeitdifferenz dtA = t2—11

ist eine Konstante für alle Körperschallquellen XA1 im Gebiet A und hängt nur vom Abstand der beiden Sensorschläuche S1 und S2 ab, sowie von der Schallgeschwindigkeit in dem Boden zwischen den beiden Schläuchen S1 und S2. Bei einem Schlauchabstand von beispielsweise 2 m und normalem Erdreich, z.B. Wiese, beträgt dtA circa 1,3 ms.

Für eine Körperschallquelle XB1 im Gebiet B gilt für die Zeitdifferenz der beiden in den piezoelektrischen Kabeln K1 und K2 auftretenden elektrischen Signalen die Gleichung dtB = -dtA.

Für eine Körperschallquelle XC1 im Gebiet C (d.h. zwischen den beiden Sernsorschläuchen St und S2) ist die Zeitdifferenz dtC keine Konstante, sondern hängt vom Abstand der Körperschallquelle XC1 von den beiden Sensorschläuchen S1 und S2 ab. Es gilt:

dtB < dtC < dtA,

bzw.

0 < = dtC < |dtA|.

Mit anderen Worten: Sobald eine Person einen der Bereiche A oder B durchschreitet und den Bereich C zwischen den beiden Sensorschläuchen S1 und S2 betritt, wird dies auf Grund der sich ändernden Zeitdifferenz dtC erkennbar und zwar unabhängig von den Amplituden der einzelnen Signale. Deshalb haben Signalamplituden, die sich ändern, z.B. durch Witterungsverhältnisse (Schnee, Eis et.), keinen Einfluß auf die Detektionssicherheit. Auch ein Überlistungsversuch durch Überspringen der beiden Sensorschläuche S1 und S2, dh. des Bereichs C, wird von der Auswerteschaltung erkannt, da in diesem Fall in einem eng begrenzten, kurzen Zeitfenster ein Vorzeichenwechsel der Zeitdifferenz nach der Gleichung dtB = -dtA

erfolgt und zwar, ohne daß eine gegenüber den Zeitdifferenzen dtA und dtB kleinere Zeitdifferenz dtC auftritt.

Die Kombination von flüssigkeitsgefüllten Sensorschläuchen S1 und S2 mit piezoelektrischen Kabeln Kl und K2 bietet noch einen weiteren, wesentlichen Vorteil:

Die z.B. an der Stelle XA2 im Sensorschlauch S1 erzeugte Druckwelle läuft in der Flüssigkeit des Sensorschlauches S1 nach SE1 und löst an dem dort befindlichen piezoelektrischen Wandler PI ebenfalls ein elektrisches Signal aus. Dieses Signal weist gegenüber dem in Kl erzeugten elektrischen Signal eine durch die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit von S1 bedingte Verzögerung dtX auf.

In gleicher Weise erzeugt die am Auftreffpunkt XA3 auf den Sensorschlauch S2 auftreffende Bodenschallwelle in Schlauch S2 eine Druckwelle, welche mit der gleichen Verzögerung dtX gegenüber dem in K2 auftretenden elektrischen Signal ein elektrisches Signal in dem piezoelektrischen Wandler P2 erzeugt.

Nimmt man an, daß die Verzögerung der in den piezoelektrischen Wandlern P1, bzw. P2 auftretenden elektrischen Signale gegenüber den in den piezoelektrischen Kabeln K1, bzw. K2 auftretenden elektrischen Signalen mit einer Zeitauflösung von einer Millisekunde bestimmt werden kann, dann ist der Auftreffpunkt XA2, bzw. XA3 der Bodenwelle auf den Sensorschlauch S1, bzw, S2 mit einer Genauigkeit von circa 1 bis 2 m bestimmbar.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Eindringdetektionsanordnung ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Es ist in diesem Fall nur einer der beiden Sensorschläuche dargestellt. Für den zweiten Sensorschlauch S2 gelten die folgenden Ausführungen entsprechend. Es lassen sich mit dieser Ausführungsform, bei der auf einen sich über die ganze Länge der Sensorschläuche erstreckenden linear verteilten Drucksensor K verzichtet werden kann, die gleichen Berechnungen anstellen, wie es für die Ausführungsform gemäß Figur 1 beschrieben ist, d.h es läßt sich feststellen, ob sich ein Eindringling in einem der Bereiche A, B oder C befindet.

Die Bezeichnungen der einzelnen Teile im oberen Teil der Figur entsprechen denjenigen der Figur 1, wobei P2 und P3 zwei an verschiedenen Enden des die Länge L aufweisenden Sensorschlauches S befindliche punktförmige Körperschallimpulswandler P sind. Mit X ist die Entfernung des Punktes XA2 von einem der Körperschallimpulswandler P3 bezeichnet.

Im unteren Teil der Figur 2 (Figur 2b) sind die un- ' terschiedlichen Zeiten t angegeben, welche vom Auftreffen einer von einer Körperschallquelle XA1 im Gebiet A erzeugten Körperschallwelle auf die

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Stélle XA2 des Sensorschlauches St bis zum Erreichen der dadurch ausgelösten Fiüssigkeitswelie an den Wandler PI, bzw. P3 verstreichen. Bezeichnet man mit t3 die Laufzeit der Druckweile in der Flüssigkeit des Sensorschlauches S1 von der Auftreffstelle des Körperschalls XA2 bis zum Körperschall-impulswandler P3 und mit ts die bekannte Laufzeit einer Druckwelle durch den ganzen Sensorschlauch S, so verhält sich die zu bestimmende Entfernung X zu der Gesamtlänge L des Sensorschlauches S1 wie t3 zu ts:

X : L=t3 ; ts (Gleichung 1)

Aus der Figur 2b ergibt sich, daß sich die Ge-samtlaufzeit ts einer Druckwelle durch den Sensorschlauch St aus der doppelten Summe von t3, das der Laufzeit entlang der zu bestimmenden Strecke X entspricht und der als Zeitunterschied zwischen dem Eintreffen der Druckwellen bei P3 und P2 gemessenen Zeit t3x zusammensetzt:

ts = t3x + 213; d.h. t3 = 1/2- (ts - t3x).

Setzt man den Wert für t3 in die Gleichung 1 ein, so erhält man:

ts - t3x 2 ts

In der Auswerteschaltung können bestimmte elektronische Schaltelemente auch durch Mikroprozessoren ersetzt werden.

Abwandlungen dieser Eindringdetektionsanordnung sind im Rahmen der Erfindung gemäß den Patentansprüchen möglich und dem Fachmann geläufig.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Eindringdetektion mit mindestens zwei im Abstand voneinander im Boden verlegten, ein den Körperschall leitendes Medium enthaltenden Sensorschläuchen (S1, S2), welche jeweils mindestens einen Körperschallimpulswandler (Kl, K2; P1, P2) zum Umsetzen von Druckwellen in elektrische Signale aufweisen, und einer mit den Körperschallimpulswandlern (K1, K2; P1, P2) verbundenen Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Auswerteschaltung Mittel vorsieht, mit denen aus der zeitlichen Differenz der von den Körperschallimpulswandlern (Kl, K2; P1, P2) abgegebenen elektrischen Signale ein Eindringvorgang erkannt und der Ort des Eindringens bestimmtwird.

   2. Verfahren zur Eindringdetektion gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sensorschläuche (S1, S2) eine den Schall leitende Flüssigkeit enthalten, daß man die zeitliche Differenz zwischen den von den Körperschallimpulswandlern (PI, P2) abgegebenen elektrischen Signalen bestimmt und daß man daraus den Ort des Auftreffens der Körperschallwellen errechnet.

   3. Verfahren gemäß Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sensorschläuche (St, S2) außer den beiden Körperschallimputswand-lem (PI, P2) jeweils einen sich über die gesamte Länge der Sensorschläuche (S1, S2) erstreckenden, linear verteilten Drucksensor (Kl, K2) enthalten und daß man in einer mit den Körperschallimpulswand-lern (P) und den linear verteilten Drucksensoren (K) elektrisch verbundenen Auswerteschaltung die zeitliche Differenz zwischen den von den Körper-schallimpulswandlern (Pt, P2) abgegebenen elektrischen Signalen und die zeitliche Differenz der von den Körperschallimpulswandlern (PI, P2) abgegebenen elektrischen Signale gegenüber den von den linear verteilten Drucksensoren (K1, K2) abgegebenen elektrischen Signalen bestimmt und daraus den Ort des Auftreffens der KörpBrschallwellen errechnet.

   4. Eindringdetektionsanordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 2 mit mindestens zwei in den Boden eingrabbaren, nachgiebigen, eine den Schall leitende Flüssigkeit enthaltenden Sensorschläuchen (S), welche entlang einer zu überwachenden Grenze angeordnet sind und diesen Sensorschläuchen (S) jeweils zugeordneten Körperschallimpulswandlern (K, P) zum Umsetzen von in den Sensorschläuchen (S) auftretenden Druckwellen in elektrische Signale, sowie mit einer Auswerteschaltung, welche die empfangenen Signale auswertet und ein Alarmsignal abgibt, wenn bestimmte, vorgegebene Werte erreicht werden, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Sensorschlauch (S) zwei Körperschallimpulswandler (K, P), welche bei Einwirkung von Druck ein elektrisches Signal abgeben, zugeordnet sind und daß in der Auswerte-schaltung elektronische Schaltelemente vorgesehen sind, welche so ausgelegt sind, daß aus der zeitlichen Differenz der von den Körperschallim-pulswandlern (K, P) abgegebenen elektrischen Signale der Ort des Eindringens bestimmbar ist.

   5. Eindringdetektionsanordnung gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die dem Sensorschlauch (S) zugeordneten Körper-schallimpuiswandler (P) an den beiden Enden des Sensorschlauches (S) befinden.

   6. Eindringdetektionsanordnung gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der eine dem Sensorschlauch (S) zugeordnete Körper-schallimpulswandler (P) an einem Ende des Sensorschlauches (S) befindet und daß der andere Körperschallimpulswandler (K) ein sich über die gesamte Länge des Sensorschlauches (S) erstreckender, in die Flüssigkeit eingebetteter, linear verteilter Drucksensor (K) ist.

   7. Eindringdetektionsanordnung gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei im Abstand voneinander angeordnete Sensorschläuche (St, S2) aufweist und daß in jedem der Sensorschläuche (St, S2) jeweils ein sich über die gesamte Länge der Sensorschläuche (S1, S2) erstreckender, in die Flüssigkeit eingebetteter, linear verteilter Drucksensor (Kl, K2) vorgesehen.ist.

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   8. Eindringdetektionsanordnung gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der linear verteilte Drucksensor (K1, K2) auf der Wand des Sensorschlauches (S) in unmittelbarem Kontakt mit der Flüssigkeit angeordnet ist.

   9. Eindringdetektionsanordnung gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der linear verteilte Drucksensor (K1, K2) in die Wand des Sensorschlauches eingebettet ist.

   10. Eindringdetektionsanordnung gemäß einem der Patentansprüche 6 bis 9 zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteschaltung elektronische Schaltelemente vorgesehen sind, welche so ausgelegt sind, daß aus der zeitlichen Differenz zwischen den von den Körperschailimpulswandlern (P1, P2) abgegebenen elektrischen Signalen und der zeitlichen Differenz der von den Körperschailimpulswandlern (P1, P2) abgegebenen elektrischen Signale gegenüber den von den linear verteilten Drucksensoren (K1, K2) abgegebenen elektrischen Signalen der Ort des Eindringens bestimmbar ist.

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