DE102004036322A1 - Sensorintegriertes Kabel zur Entfernungsmessung - Google Patents

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Abstract

Ein Eindringerkennungssystem stellt die Funktion eines "aktiven" Entfernungsmessungs-Sensorkabelsystems, welches für die Ermittlung des Ortes des Eindringlings verwendet wird, mit der Funktion eines "passiven" Kabelerkennungssystems in einer integrierten Kabelanordnung bereit. Diese Doppelfunktion wird mit einem einzelnen konventionellen Messkabel bereitgestellt, welches zur "aktiven" und "passiven" Erfassung oder in Kombination mit anderen parallelen Messkabeln als eine "passive" Kabelkomponente optimiert ist. Die "aktive" Kabelkomponente beinhaltet ein koaxiales Sensorkabel mit einem lose angeordneten Leiter. Ein Signal wird in das Sensorkabel eingespeist, derart, dass eine Reflexion geändert wird, wenn ein Eindringen das Kabel stört. Auf Basis des zeitlichen Verlaufs der Reflexion identifiziert ein Prozessor oder ein Reflektometer den Ort der Störung. Die "passive" Kabelkomponente kann sensibilisiert werden, um ein Eindringen über eine andere Erfassungsphänomenologie, wie z. B. den reibungselektrischen Effekt, zur reibungselektrischen Effekt-Erfassung zu erkennen.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gebietseindringerkennungssystem mit sensorintegriertem Kabel. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Sicherungssensorsystem mit einer spezifischen Kabelkonfiguration, um Störungen entlang der Länge des Sensorkabels zu lokalisieren und um Eindringdaten durch eine weitere Verwendung des Sensorkabels bereitzustellen.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Auf dem Gebiet der Freiland-Eindringerkennungssysteme gibt es viele Sicherungssysteme, die Störungen entlang eines ausgebreiteten Sensorkabels in einem Umkreis erfassen. Diesen Systemen stehen gewisse Probleme gegenüber, die bei Sicherungssituationen innerhalb eines Gebäudes keine Rolle spielen. Umweltbedingungen, wie z. B. Temperaturgegensätze, Regen, Schnee, Tiere, umherfliegende Fremdkörper, seismische Effekte, Gelände und Verkehr, müssen alle berücksichtigt werden. Beim Arbeiten unter diesen ungünstigen Bedingungen muss das System weiterhin eine hohe Erkennungswahrscheinlichkeit beibehalten, indem Fehlalarme (Alarme mit unbekannter Ursache) und Störalarme (umweltbezogene Alarme) minimiert werden, welche beide die Güte des Sicherungssystems beeinträchtigen und reduzieren können.
  • Zaun- und wandverbundene Sensoren sind oberirdische Erkennungssensoren, die an einem vorhandenen Zaun oder einer Wand befestigt sind. Sie erkennen ein Eindringen, wenn ein Eindringling das Erkennungsgebiet stört oder wenn Spannung oder Schwingung durch Schneiden oder Klettern an einem Metallgewebezaun einen Alarm auslösen. IntelliFIBERTM ist ein auf Faseroptik basierender Zaun-Störungssensor für Freiland-Umkreissicherungsanwendungen der Firma Senstar-Stellar Corp., von Carp, Ontario, Kanada. Dieser Faseroptiksensor nach dem Stand der Technik kann Eindringlinge erkennen, die das Zaungewebe zerschneiden, überklettern oder hochheben und er bietet eine Schutzschaltung gegen elektromagnetische Störungen, Hochfrequenz-Störungen und Blitzschlag. Das System beinhaltet einen programmierbaren Mikroprozessor, der Signale verarbeitet, die auf der Änderung optischer Parameter basieren, welche als Ergebnis von Störungen in der Nähe des ausgebreiteten Faseroptiksensorkabels erzeugt werden. Der Mikroprozessor setzt den Benutzer in die Lage, Betriebsparameter für spezifische Bereiche/Umgebungen abzugleichen und einzustellen. Die Alarmierungsablaufsteuerung optimiert das Erkennen und minimiert Störalarme durch Wind, Regen, Schnee, Nebel, Tiere, Fremdkörper, seismische Aktivitäten u.ä.
  • In vielen Sicherungssystemen ist die Ortung der Störung entlang der Länge eines Sensorkabels eine wichtige Eigenschaft, welche nützlicherweise im Zusammenhang mit einer geeigneten Verarbeitung festzulegen ist. Solch eine Eigenschaft ist allgemein als „Entfernungsmessung" bekannt. Eine Entfernungsmessung ist sowohl nützlich, um Eindringlinge zu identifizieren, als auch um Stellen zu orten und in Ordnung zu bringen, wo Störalarme erzeugt wurden, z. B. ein loses Schild, das an den Zaun schlägt.
  • In jedem Eindringerkennungssystem erhöht sich die Fähigkeit, Fehlalarme und Störalarme zu minimieren, wenn bessere Informationen über das Eindringereignis erhalten werden. Daher sind Positionsdaten und/oder gleichzeitige Daten von zwei oder mehr Erkennungsvorgängen nützliche Daten, die Verarbeitung abzusichern, um weiter entweder eine höhere Erkennungswahrscheinlichkeit, eine niedrigere Fehlalarmrate (FAR), eine niedrigere Störalarmrate (NAR) oder eine Kombination hiervon zu erhalten.
  • Im Stand der Technik gibt es verschiedene Sicherungssysteme mit Entfernungsmessmöglichkeit. Beispielsweise offenbart das US-Patent 5,446,446 von Harman, ein Signalgeberkabel zur Erkennung der Position einer wahrgenommenen Störung entlang der Länge des Signalgeberkabels. Ein „Treiber"-Signal wird auf das Signalgeberkabel gegeben, um ein Antwortsignal zu erhalten. Nach Harman wird der Ort des Eindringlings aus dem detektierten Antwortsignal bestimmt. Obwohl die Möglichkeit der Entfernungsmessung durch ein Signalgeberkabel von Harman gelehrt wurde, ist die spezielle Signalgeberkabelanordnung kostspielig und ermöglicht die Erkennung nur durch ein einziges Mittel, nämlich der Impedanzänderung. In einem anderen ähnlichen US-Patent 5,448,222 ist ebenfalls nur ein einziges Mittel offenbart.
  • Eine andere von Harman veröffentlichte Patentanmeldung, die US 2002/00441232, offenbart ein kabelgeführtes Radarsystem zum Erkennen und Orten eines Eindringlings. Das Kabelsystem umfasst ein Paar verlustbehaftete Koaxialkabel, die mit einem HF-Senderempfänger verbunden sind, welcher wiederum mit einem Prozessor verbunden ist. Die duale verlustbehaftete Koaxialkabelstruktur ist jedoch sehr teuer zu fertigen, erfordert die Erzeugung und den Empfang eines externen elektromagnetischen Feldes und liefert nur ein einziges Detektionssignal, das durch die Bewegung eines Zieles in dem Feld hervorgerufen wird. Darüber hinaus wurde das Erfassen eines Zieles innerhalb eines externen Feldes nicht als geeignete Anwendungsmöglichkeit zum Befestigen an Metallstrukturen, wie z. B. Zäunen, an gesehen auch nicht wie üblich oberirdisch, wie z. B. an Wänden.
  • Das US-Patent 5,705,984, ausgestellt auf Wilson, offenbart ein Abtastsystem mit einem verformbaren Sensorkabel, das sich eines Reflektometers zum Messen des reflektierten Signals bedient. Das verformbare Sensorkabel des Wilson-Patents offenbart eine Möglichkeit der Entfernungsmessung, bei der ein HF-Signal in das Sensorkabel eingespeist wird und das reflektierte Signal gemessen wird. Jedoch setzt ein verformbares Kabel eher voraus, dass das Kabel zusammengepresst wird, um ein Eindringen zu erkennen, als ein Erfassen einer Bewegung des Leiters. Obwohl in dem US-Patent 3,846,780, ausgestellt auf Gilcher, ein loser Innenleiter in einer Röhre offenbart ist, wird ein Sensorkabelsystem mit Entfernungsmessungsfähigkeit nicht bereitgestellt. Keines der bezuggenommenen Dokumente offenbart ein Mehrzweck-Sensorkabel zur Entfernungsmessung und zur Verarbeitung von Erkennungsdaten und auch keine geeignete Kabelkonfiguration für derartige Doppelverwendungen.
    •
  • Im Hinblick auf die oben genannten Defizite strebt die vorliegende Erfindung danach, ein Eindringerkennungssystem (IDS) mit einem sensorintegrierten Kabel bereitzustellen, das eine Mehrzweckeinsatzmöglichkeit aufweist, um zusätzliche Eindringdaten in einem Sicherungssensorsystem bereitzustellen. Außerdem strebt die vorliegende Erfindung danach, ein Sensorkabel, welches für Entfernungsmessungszwecke verwendet wird, in Verbindung mit zumindest einem parallelen passiven oder aktiven Sensorkabel, welches für Eindringerkennungszwecke verwendet wird, bereitzustellen, um ein sensorintegriertes Kabel zu bilden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Eindringerkennungssystem (IDS) bereit, welches die für die Feststellung des Ortes des Eindringlings genutzte Funktion eines „aktiven" Entfernungsmessungs-Sensorkabelsystems zusammen mit der Funktion eines bekannten „aktiven oder passiven" Kabelerkennungssystems in einer integrierten Kabelkonfiguration bereitstellt. Diese Doppelfunktion ist entweder in Verbindung mit einem einzelnen herkömmlichen, in neuartiger Weise genutzten Messkabel oder in Verbindung mit anderen parallelen Messkabeln vorgesehen, um ein funktionsgemäßes sensorintegriertes Kabel zu bilden. Das sensorintegrierte Kabel ist an einen IDS-Prozessor angeschlossen und wird von dem IDS genutzt, um eine Doppelfunktionalität zu erlangen. Was die erste Funktion betrifft, schließt eine „aktive" Entfernungsmessungskabelkomponente ein abgeschirmtes Koaxial-Sensorkabel mit einem lose angeordneten Leiter ein. Ein Signalimpuls wird an einem Ende dieses Kabels eingespeist. Sobald ein Eindringen das Sensorkabel stört und sich infolge dessen seine Kapazität oder Impedanz an der Eindringstelle ändert, wird die Reflexion des Signalimpulses geändert werden. Eine Messung der Reflexion am selben Kabelende durch einen Empfänger und Prozessor liefert dem eingespeisten Impuls entsprechende Laufzeitinformationen. Infolge dessen identifiziert der Prozessor den Ort der Störung auf Basis der Eintreffzeit der Reflexion entlang des Sensorkabels. Solch. eine zeitbasierte Messung von Kabelimpedanzänderungen in Abhängigkeit von der Entfernung wird üblicherweise durch eine Zeitbereichsreflektometer(TDR)- Funktion durchgeführt.
  • Was die zweite Funktion betrifft, wird das einzelne herkömmliche Messkabel oder ein zusätzliches paralleles Kabel, ebenso zusammen mit dem Prozessor, dazu verwendet, Eindringstörungen mittels einer anderen Messphänomenologie zu messen, um zusätzliche Eindringdaten bereitzustellen. Für eine passive Nutzung des funktionsgemäß sensorintegrierten Kabels unter Verwendung eines einfachen herkömmlichen Messkabels, muss das herkömmliche Messkabel zum Erzeugen einer Klemmenspannung als Antwort auf eine Eindringstörung ausgebildet sein. Der Prozessor erzeugt dann ein Signal als Antwort auf die von dem herkömmlichen Messkabel erzeugte Spannung.
  • Das Gesamtverarbeitungsmittel überwacht die Reflexion des Signalimpulses von dem Entfernungsmessungskabelbauteil und ebenso das passiv gemessene Signal, das entweder durch das einzelne Kabel oder das parallele Sensorkabel empfangen wird. Die Signale, die durch das Verarbeitungsmittel erzeugt werden, liefern den Eindringort und andere Charakteristika, um das Eindringen zu erkennen und zu klassifizieren. Das Erkennen und Klassifizieren von Intrusionen durch Kombinieren von Daten von mehreren Sensoren wird allgemein als Sensorfusion bezeichnet.
  • Es soll an dieser Stelle noch einmal klargestellt werden, dass das zusätzliche Parallelkabel nicht erforderlich ist, um die doppelte Messfunktion der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Wenn das Koaxialkabel mit einem lose angeordneten Leiter zum Detektieren über eine andere Messphänomenologie, wie z. B. den reibungselektrischen Effekt, ausgebildet ist, kann das selbe Kabel sowohl aktiv zum Messen einer Entfernungsinformation als auch passiv zum Messen eines reibungselektrischen Effekts benutzt werden. Dies ist der Fall, wenn es in Verbindung mit dem Sensorkabel des eigenen Intelli-FLEXTM-Systems der Senstar-Stellar Corp. verwendet wird. Kabel mit einem oder mehreren losen Leitern von anderen Hersteller und ein Verwenden anderer Messphänomenologien könnten potentiell für die Doppelfunktion genutzt oder angepasst werden. Andere solcher Messphänomenologien könnten magnetische, piezoelektrische, ferrodielektrisch u.ä. beinhalten und sie können genutzt werden, ohne von dem beabsichtigten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Die vorliegende Erfindung ist auch dahingehend vorteilhaft, dass das Sensorkabelsystem mit anderen parallelen Komponenten weiter integriert werden kann, um Eindringinformationen, wie z. B. eine Entfernungsmessung in einer zaunmontierten Anwendung zum Überwachen des eingezäumten Bereichs, sowie eine Energieversorgung und andere Funktionalitäten in einem einzigen Sensorkabel bereitzustellen.
  • In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Eindringerkennungssystem bereit, umfassend ein Koaxialkabel mit einem ersten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil, einem zweiten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil und einem zwischen dem ersten Kabelbauteil und dem zweiten Kabelbauteil angeordneten elektrisch isolierenden Bauteil, wobei das erste Kabelbauteil lose in dem Koaxialkabel angeordnet und dadurch relativ zu dem isolierenden Bauteil frei beweglich ist, um eine Impedanzänderung als Antwort auf eine Störung zu liefern, und wobei das Koaxialkabel geeignet ist, eine Klemmenspannung als Antwort auf die Störung zu erzeugen und eine funktional mit dem Koaxialkabel verbundene Verarbeitungseinheit, um ein eingespeistes Signal in dem Koaxialkabel zu verbreiten und um ein durch die Impedanzänderung entlang des Koaxialkabels geändertes reflektiertes Signal zu empfangen und um in einem aktiven Zustand die Störung auf Basis einer Zeitdifferenz zwischen dem reflektierten Signal und dem eingespeisten Signal zu orten und um in einem passiven Zustand ein Signal als Antwort auf die erzeugte Klemmenspannung des Koaxialkabels zu erzeugen.
  • In einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Eindringerkennungssystem bereit, umfassend ein sensorintegriertes Kabel mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei das Sensorkabel ein primäres Kabel mit einem ersten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil, einem zweiten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil und einem zwischen dem ersten Kabelbauteil und dem zweiten Kabelbauteil angeordneten elektrisch isolierenden Bauteil aufweist, wobei das erste Kabelbauteil lose in dem primären Kabel angeordnet ist und dadurch relativ zu dem isolierenden Bauteil frei beweglich ist, um eine Impedanzänderung als Antwort auf eine Störung zu liefern, und zumindest ein sekundäres Sensorkabel, das geeignet ist, eine Antwort auf die Störungen erzeugen und eine funktional mit der Eingangsseite und der Ausgangsseite des sensorintegrierten Kabels verbundene Verarbeitungseinheit, um ein eingespeistes Signal zu verbreiten und ein durch die Impedanzänderung entlang des primären Kabels geändertes reflektiertes Signal zu empfangen, und um in einem aktiven Zustand die Störung auf Basis einer Zeitdifferenz zwischen dem reflektierten Signal und dem eingespeisten Signal zu orten und um in einem passiven Zustand ein Signal auf Basis der Antwort des zumindest einen sekundären Sensorkabels zu erzeugen, wobei das primäre Kabel da entlang ein eingespeistes Signal von der Verarbeitungseinheit verbreitet.
  • In einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Eindringerkennungssystem bereit, umfassend ein sensorintegriertes Kabel mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei das Sensorkabel ein Koaxialkabel mit einem ersten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil, einem zweiten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil und einem zwischen dem ersten Kabelbauteil und dem zweiten Kabelbauteil angeordneten elektrisch isolierenden Bauteil aufweist, wobei das erste Kabelbauteil lose in dem Koaxialkabel angeordnet ist und dadurch relativ zu dem isolierenden Bauteil frei beweglich ist, um eine Impedanzänderung als Antwort auf eine Störung zu liefern, und geeignet ist, eine Klemmenspannung als Antwort auf die Störung zu erzeugen, und ein Reflektometer, um ein eingespeistes Signal zu verbreiten und ein durch die Impedanzänderung entlang des Koaxialkabels geändertes reflektiertes Signal zu empfangen, einen Prozessor zum Erzeugen eines Signals als Antwort auf die von dem Koaxialkabel erzeugte Klemmenspannung und mit dem Prozessor und dem Reflektometer verbundene Schaltmittel, um in einer zeitlichen Abfolge zwischen dem Prozessor und dem Reflektometer umzuschalten, wobei das Schaltmittel mit dem Eingang und dem Ausgang des sensorintegrierten Kabels verbunden ist, und wobei der Prozessor mit dem Reflektometer verbunden ist, um die Störung entlang des sensorintegrierten Kabels auf Basis des Zeitunterschieds des reflektierten Signals relativ zu dem eingespeisten Signal zu orten.
  • In einem vierten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Eindringerkennungssystem bereit, umfassend ein sensorintegriertes Kabel mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei das Sensorkabel ein primäres Kabel mit einem ersten elektrisch leitfähigem Kabelbauteil, einem zweiten elektrisch leitfähigem Kabelbauteil und einem zwischen dem ersten Kabelbauteil und dem zweiten Kabelbauteil angeordneten elektrisch isolierenden Bauteil aufweist, wobei das erste Kabelbauteil lose in dem primären Kabel angeordnet ist und dadurch relativ zu dem isolierenden Bauteil frei beweglich ist, um eine Impedanzänderung als Antwort auf eine Störung zu liefern, und zumindest ein sekundäres Kabel, das geeignet ist eine Klemmenspannung als Antwort auf die Störung zu erzeugen, und ein mit dem Eingang des sensorintegrierten Kabels verbundener Reflektometer, um ein eingespeistes Signal zu verbreiten und um ein durch die Impedanzänderung entlang des primären Kabels geändertes reflek tiertes Signal zu empfangen, und einen mit dem Eingang und dem Ausgang des Sensorkabels verbundenen Prozessor, um ein von dem zumindest einen sekundären Kabel erzeugtes Signal als Antwort auf die Klemmenspannung zu erzeugen, wobei der Prozessor mit dem Reflektometer verbunden ist, um die Störung entlang des sensorintegrierten Kabels auf Basis des Zeitunterschieds des reflektierten Signals relativ zu dem eingespeisten Signal zu orten.
  • In einem fünften Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein sensorintegriertes Kabel für die Nutzung in einem Eindringerkennungssystem mit einer Verarbeitungseinheit bereit, wobei das Sensorkabel einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei beide, der Eingang und der Ausgang des Sensorkabels, zum Verbinden mit der Verarbeitungseinheit vorgesehen sind, um eine Störung entlang des Sensorkabels zu orten und um ein Signal als Antwort auf die Störung zu erzeugen, wobei das sensorintegrierte Kabel ein Koaxialkabel mit einem ersten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil, einem zweiten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil und einem zwischen dem ersten Kabelbauteil und dem zweiten Kabelbauteil angeordneten elektrisch isolierenden Bauteil aufweist, wobei das erste Kabelbauteil lose in dem Koaxialkabel angeordnet ist und dadurch relativ zu dem isolierenden Bauteil frei beweglich ist, um in einem aktiven Zustand eine Impedanzänderung als Antwort auf die Störung zu liefern umfasst und wobei das Koaxialkabel geeignet ist, in einem passiven Zustand eine Klemmenspannung als Antwort auf die Störung zu erzeugen.
  • In einem sechsten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein sensorintegriertes Kabel für die Verwendung in einem Eindringerkennungssystem mit einer Verarbeitungseinheit bereit, wobei das Sensorkabel einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wo bei beide, der Eingang und der Ausgang des Sensorkabels, zum Verbinden mit der Verarbeitungseinheit vorgesehen sind, um eine Störung entlang des Sensorkabels zu orten und um ein Signal als Antwort auf die Störung zu erzeugen, wobei das sensorintegrierte Kabel ein primäres Kabel mit einem ersten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil, einem zweiten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil und einem zwischen dem ersten Kabelbauteil und dem zweiten Kabelbauteil angeordneten elektrisch isolierenden Bauteil, wobei das erste Kabelbauteil lose in dem Koaxialkabel angeordnet ist und dadurch relativ zu dem isolierenden Bauteil frei beweglich ist, um eine Impedanzänderung als Antwort auf die Störung zu liefern und zumindest ein sekundäres Kabel, zur passiven Störungsmessung und geeignet, eine passive Antwort auf die Störung zu erzeugen, umfasst.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
  • 1 eine Abbildung eines reibungselektrischen Sensorkabels ist, das aus dem Stand der Technik bekannt ist und welches zur Doppelnutzung gemäß der vorliegenden Erfindung optimiert werden kann;
  • 2 eine Abbildung einer sensorintegrierten Kabelkonfiguration gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
  • 3 ein Blockschaltbild eines Sensorkabelsystems einschließlich eines sensorintegrierten Kabels der vorliegenden Erfindung für eine passive und aktive Kabelerkennung einer Störung entlang der Länge des Sen sorkabels gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist;
  • 4 ein Blockschaltbild eines Sensorkabelsystems mit einem sensorintegrierten Kabel mit zwei separaten Kabeln für die passive und aktive Kabelerkennung einer Störung durch das Sensorkabelsystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 5 ein Diagramm ist, das die Antwort auf jeden Stoß von drei Teststößen innerhalb einer jeweils definierten Zone entlang des Sensorkabels nach 3 dargestellt.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung wird zum Zweck der Erläuterung nur in Verbindung mit bestimmten Ausführungsbeispielen beschrieben. Dennoch ist es selbstverständlich, dass andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung durch die folgende Figurenbeschreibung gemäß der vorliegenden Erfindung deutlich gemacht werden. Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel offenbart ist, ist es nicht beabsichtigt, dass es darauf begrenzt ist. Vielmehr sind die hierin dargelegten allgemeinen Grundsätze lediglich erläuternd für den Umfang der vorliegenden Erfindung zu betrachten und es ist weiter selbstverständlich, dass sich zahlreiche Änderungen erzielen lassen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Im Sinne dieses Dokuments ist das „aktive Entfernungsmessungs"-Kabelsystem eines, bei dem ein Signal in das Kabel eingespeist (übertragen) wird und ein durch einen Eindringling entweder unmodifiziertes oder modifiziertes Antwortsignal durch einen Empfänger erfasst und von einem Prozessor analysiert wird, um die Entfernung oder den Ort des Eindringens, ähnlich wie ein Radar, zu bestimmen. Beispielsweise könnte das in ein lose angeordnetes Leiterkabel eingespeiste Signal ein Impuls sein und das reflektierte Signal, das durch einen Eindringling, der die Impedanz des Kabels ändert, hervorgerufen wird, wird am selben Kabelende erfasst und analysiert; z. B. wird die Zeit relativ zu dem Eingangsimpuls zum Ermitteln von Ort, Amplitude oder Frequenz verwendet, um den Eindringling als ein gültiges Ziel zu klassifizieren.
  • Weiterhin wird im Sinne dieses Dokuments in einem „passiven" Kabelsystem kein Signal von einem Sender eingespeist, sondern es wird auf dem Sensorkabel selbst durch die Störung erzeugt, wie z. B. bei reibungselektrischen, piezoelektrischen und ferrodielektrischen Kabeln. Das Signal wird empfangen und analysiert als eine im Allgemeinen kontinuierliche Zeitangabe-Sicherungsform einer gewissen Amplitude und Frequenz – es gibt keine Zeitdaten relativ zu einem eingespeisten Signal, die Angaben über den Ort liefern. Beispielsweise ist das Sensorkabel des Intelli-FLEXTM-Systems aus geeigneten Materialien mit reibungselektrischen Eigenschaften hergestellt, um eine geringe Spannung zwischen inneren und äußeren Leitern als Antwort auf eine durch die Präsenz des Eindringlings hervorgerufene Kabeldurchbiegung, zu erzeugen.
  • Es ist ebenfalls selbstverständlich, dass die Einteilung in „passive oder passive Erfassungs- oder passive Störungserfassungs-" Systeme solche Kabelsysteme beinhaltet, die ein gewisses an das Messkabel angelegtes Erregungssignal benötigen, um das passive Messsignal zur Analyse zu liefern. Diese Systeme als solche, z. B. magnetische oder faseroptische Kabel, erzeugen von sich aus kein Spannungssignal.
  • Beispielsweise ist bei dem Inteli-FIBERTM-System das Eingangssignal ein kontinuierliches optisches Signal, das an einem Ende des Faserkabels eingespeist wird. Das System empfängt an dem anderen Ende des Faserkabels ein Signal, welches seine Polarisierung durch die Gegenwart des Eindringlings geändert hat. Das optische Ausgangssignal wird in eine dem passiv erfassten Ausgangssignal des Inteli-FLEX-Sensors sehr ähnliche Spannungsantwort umgewandelt. Dieses System liefert keine Ortsangaben, da weder ein Zeitelement noch Reflektionsdaten an dem entgegengesetzten Kabelende mit dem Erfassen bereitgestellt werden. Folglich kann die vorliegende Erfindung als passives Erfassungssystem mit einer entsprechend der Störung konvertierten Ausgangsspannung in ein solches System eingebunden werden.
  • Ebenfalls im Sinne dieses Dokuments gibt es einige Leiterkabelsensoren, die im Allgemeinen koaxial ausgebildet sind, aber zusätzliche Leiter wie z. B. magnetische Messkabel innerhalb ihrer Struktur haben können und welche in ein solches System eingebunden werden können.
  • Bezugnehmend nun auf 1 ist ein loser-Draht-in-Röhre reibungselektrisches Signalgeberkabel 1 nach dem Stand der Technik gezeigt, welches zur Doppelnutzung als Sensorkabel für Entfernungsmesszwecke optimiert werden kann. Das Signalgeberkabel 1 ist mit einem schützenden Kabelmantel 2, einer leitenden Abschirmung 3, einer isolierenden dielektrischen äußeren Röhre 4 aus Plastik, und einem inneren Messleiter 5 ausgebildet. Die äußere Röhre 4 umschließt den Messleiter 5 lose. Die äußere Röhre 4 weist einen inneren Durchmesser, der größer ist als der äußere Durchmesser des Messleiters 5 auf. Der Kabelmantel 2 kann aus Polyesterelastomer oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Die äußere Leiterschutzabschirmung 3 des Koaxialkabels kann zum Zweck der elektrischen Isolierung aus verzinnten, umsponnenen Kupferadern oder solchen Adern in Verbindung mit einer metallischen Folienschicht oder mit anderen geeigneten elektrischen Leitern hergestellt sein. Der Messleiter 5 kann ein beliebiger geeigneter Leiter, wie z. B. verzinnte Kupferadern sein. Für die passive Verwendung eines reibungselektrischen Kabels sind die dielektrische äußere Röhre 4 und der innere Messleiter 5 üblicherweise nach ihren reibungselektrischen Eigenschaften und ihrer Verfahrenskompatibilität ausgewählt, z. B. kann das Dielektrikum fluoriertes Äthylen-Propylen (FEP) sein. Wenn das Signalgeberkabel 1 im reibungselektrischen Betrieb lokal gestört wird, bewegt sich der Messleiter innerhalb der äußeren Röhre 4, was eine geringe Klemmenspannung zwischen den Leitern hervorruft und am Ende des Kabels gemessen wird. Für die aktive Verwendung der Entfernungsmessung ist das Kabel für die Bewegung des lose angeordneten Leiters in dem Kabel optimiert, so dass eine entsprechende Änderung der Kapazität und daher der Impedanz an dem Punkt, an dem die Störung auftritt, erfolgt.
  • Eine alternative Gestaltung ist möglich, bei der das äußere leitfähige Abschirmbauteil 3 das relativ zu der isolierenden äußeren Röhre 4 lose leitfähige Kabelbauteil sein könnte, wohingegen der innere Messleiter 5 relativ zu der äußeren Röhre 4 nicht frei beweglich ist. Alternativ ist es möglich, dass die isolierende Röhre 4 „schwimmt", also lose zwischen beiden Leiterbauteilen 3, 5 angeordnet ist.
  • Ein Reflektometer kann an das Kabel 1 angeschlossen sein, wie z. B. das bildhaft in 3 dargestellte Zeitbereichsreflek tometer (TDR) 100, welches die Änderung der Impedanz als Funktion der Zeit messen kann, da sie direkt proportional zur Entfernung längs des Kabels 1 ist.
  • Zur weiteren Erklärung ist zu sagen, dass ein TDR dazu benutzt wird, um das Kabel durch Verbreiten eines Pulses längs des Kabels abzufragen. Wenn der Puls auf eine Impedanzänderung entlang des Kabels trifft, wird ein Teil oder die gesamte Pulsenergie abhängig von der Größe der Impedanzänderung gegenüber der charakteristischen Impedanz des Kabels zurückreflektiert. Das TDR misst die Zeit, die zur Ausbreitung längs des Kabels bis zur Störung, wo die Impedanzänderung auftritt, und wieder entlang des Kabels zurück benötigt wird. Das TDR übermittelt dann die reflektierten Signalinformationen an einen Prozessor oder an ein Display. Diese Ausführung des mit einem Sensorkabel verbundenen TDR befindet sich in einem „aktiven" Zustand, um ein „aktives Entfernungsmessungs"-Kabelsystem bereitzustellen. Alternativ stellt ein möglicherweise mit einem Prozessor in einem „passiven" Zustand verbundenes Kabel ein „passives Kabelsystem" dar. In einem „passiven" Zustand würde der Prozessor in manchen Fällen mit entsprechenden zusätzlichen Schaltkreisen eine Spannungsänderung, die als Antwort auf eine Störung auf dem Kabel erzeugt wird, als eine Zeitverlauffunktion messen. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können sowohl das passive Kabelsystem als auch das aktive Kabelsystem integriert sein, um sowohl den passiven als auch den aktiven Zustand der Kabelerfassung bereitzustellen.
  • In 2 ist eine Schnittdarstellung eines sensorintegrierten Sicherheitskabels 10 gemäß der vorliegenden Erfindung abgebildet. Das Sicherheitssensorkabel 10 besteht aus einem ersten Mantel 15, einem zweiten Mantel 20, einem dritten Mantel 30 und einem Übermantel 40, in welchem der erste Mantel 15, der zweite Mantel 20 und der dritte Mantel 30 kolinear oder koaxial angeordnet sind. Der erste Mantel 15 enthält ein Entfernungsmessungssensorkabel 17, wie beispielsweise das Sensorkabel 1 aus 1, dessen Kabelmantel 2 den ersten Mantel 15 des Entfernungsmessungssensorkabels 17 bildet. Obwohl das Entfernungsmessungssensorkabel 17 von dem ersten Mantel 15 umhüllt gezeigt ist, benötigt es für die Integration in das Sensorkabel 10 keinen äußeren Mantel. Das Entfernungsmessungssensorkabel 17 ist ein Leiterkabel, welches im Allgemeinen aus zwei Kabelleiterbauteilen und einem dazwischen liegenden elektrisch isolierenden Bauteil besteht, wo zumindest eines der beiden Kabelleiterbauteile relativ zu dem isolierenden Bauteil frei beweglich ist und wo ein Kabelbauteil das andere vollständig umschließen kann. Wie in Bezug auf 1 erläutert ist, kann eines der beiden Kabelbauteile, wenn nicht beide, frei beweglich sein.
  • Es sollte erwähnt sein, dass das sicherungssensorintegrierte Kabel 10 ein einzelnes Koaxialkabel enthalten kann, wie das loser-Draht-in-Röhre reibungselektrische Signalgeberkabel 1, welches unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Im Sinne dieses Dokuments wird das sicherungssensorintegrierte Kabel auch als „funktionelles" sensorintegriertes Kabel bezeichnet, bei dem das Kabel zumindest ein für die Doppelnutzung optimiertes Messkabel oder zumindest zwei Messkabel, bei denen für ein Kabel eine aktive Nutzung und für ein anderes Kabel eine passive Nutzung vorgesehen ist, enthält.
  • Der zweite Mantel 20 enthält zwei Faseroptikkabel 50a, 50b. Obwohl nur zwei Faseroptikkabel 50a, 50b gezeigt sind, wird der Fachmann verstehen, dass die Faseroptikkabel in Form von Kabelbündeln mit mehreren Einzelfasern in dem zweiten Mantel 20 oder als Faseroptikkabelband oder ähnliches vorliegen kön nen. Zumindest eines der beiden Faseroptikkabel 50a, 50b ist eine optische Messfaser. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine optische Messfaser dazu genutzt, eine Antwort auf eine gemessene Störung in der Nähe des Sensorkabels 10 zu erzeugen. Es sollte beachtet werden, dass die optische Messfaser oder die angrenzenden Fasern weiter zur Übertragung von sicheren Datensignalen verwendet werden können, d. h. die optischen Messsignale und sicheren Datensignale können gleichzeitig über die einzelnen optischen Messfaser übertragen werden. Der dritte Mantel 30 enthält Energieversorgungskabel 60a, 60b und ein Hilfsdatenkabel 60c, wie z. B. Koaxialkabel, verdrillte Zweidrahtleitungen,... etc. Der Übermantel 40 definiert einen sicheren Bereich mit einem Durchmesser, der groß genug ist, um den ersten Mantel 15, den zweiten Mantel 20 und den dritten Mantel 30 aufzunehmen.
  • Es sollte erwähnt sein, dass das Entfernungsmessungssensorkabel 17 auch mit jedem anderen linearen Messkabel verbunden sein kann, das nicht unmittelbar eine einfach gemessene Impedanzänderung bereitstellt und wahrscheinlich insgesamt zumindest zwei Kabel benötigt, ein Entfernungsmessungssensorkabel, wie z. B. ein Signalgeberkabel, und ein Nicht-Entfernungsmessungssensorkabel, d. h. ein piezoelektrisches, ferrodielektrisches, magnetisches, faseroptisches etc. Obwohl die Nutzung solcher Kabel wahrscheinlich kostspieliger ist und die Verarbeitungssignale komplexer werden, wären diese Kabel für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet. In einem weiteren in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält das gezeigte sensorintegrierte Kabel 130 ein Entfernungsmessungssensorkabel 140 und ein Nicht-Entfernungsmessungssensorkabel 150.
  • Die Verwendung einer gebündelten Kabelmantelstruktur entsprechend der 2 bietet für Sicherheitssensorsysteme, die keine separate Installation von Entfernungsmessungs- und Nicht-Entfernungsmessungssensoren benötigen, Sensorstrom- und Datenkommunikationskabel. Die ausgewählten Kabelmaterialen können die Vorteile der Verwendung eines Übermantels 40 gemäß der vorliegenden Erfindung weiter erhöhen. Sollte das Sensorsystem für unterirdische Anwendungen vorgesehen sein, kann der Übermantel 40 eine wasserdichte Beschichtung sein. Materialen, wie Polyäthylen, Polyvinylchlorid oder nichtrostender Stahl oder jede ähnlich geeignete wasserdichte Beschichtung kann in dem Übermantel 40 verwendet werden. Alternativ kann der Übermantel 40 auch formschlüssig um die Mäntel 15, 20 und 30 durch beliebige Methoden und beliebige Weise angeordnet werden, wie z.B., ohne sich darauf zu beschränken, durch Spritzgießen oder Aufschrumpfen je nach verwendetem Material, oder er kann dehnbare oder Füllstoffe enthalten, wie z.B. KevlarTM, welches ein aromatische und Amid-Molekulargruppen enthaltendes Polymer ist.
  • Obgleich das sicherungssensorintegrierte Kabel 10 der vorliegenden Erfindung im Erdreich verlegt werden kann, kann das Sensorkabel 10 eine nagetierresistente Schicht entlang des Übermantels 40 benötigen. Es ist vorstellbar, dass das selbe Sicherungssensorkabel teilweise im Erdreich vergraben und teilweise oberirdisch verlegt an einer gegebenen Anordnung sein kann, wie z.B., aber nicht darauf beschränkt, Zäune, Mauern oder Tore.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Faseroptikkabel 50a, 50b gewöhnliche handelsübliche nach ihren Mess- oder Datenübertragungseigenschaften ausgewählte Faseroptikkabel sein. Das sicherungssensorintegrierte Kabel 10, welches den gegen ultraviolette Strahlung resistenten Übermantel beinhalten würde, kann ferner mittels gegen ultraviolette Strahlung resistenten Kabelbindern (nicht gezeigt) an einem Zaun befestigt werden. Eines oder mehrere der Faseroptikkabel 50a, 50b wird/werden, bei winzigem Durchbiegen der Kabel, optische Signaländerungen übermitteln, wenn beispielsweise der Versuch unternommen wird, das Zaungewebe zu zerschneiden, zu überklettern oder anzuheben, oder, was viel wichtiger ist, das Sensorkabel 10 zu unterbrechen. In diesem Ausführungsbeispiel kann der dritte Mantel 30 aus 2 ersatzweise lediglich eine Vielzahl von Energieversorgungskabeln umschließen.
  • Die Kombination eines „aktiven" Sensorkabels in einem ersten Mantel und einem „passiven" Sensorkabel in einem zweiten Mantel, ermöglicht dem System, eine Doppelfunktionalität einer aktiven Ermittlung der Störungsstelle während einer passiven Erfassung von Störungen bereitzustellen. Genauso ist durch weiteres Kombinieren der zweiten Energieversorgungskabel und der Hilfsdatenkabel auch für Strom- und Datenübermittlung entlang des Sensorkabels gesorgt. Die mögliche Nutzung des dritten Mantels 30 und der Datenkabel darin bieten mittels des Sensorkabels 10 zusätzliche oder alternative Datenübertragungsmittel. Beispielsweise kann das Sensorkabel 10 mehrere Funktionen vorsehen, sofern sie in einem Sicherheitssensorsystem implementiert sind. Das Datenkabel 60c könnte z.B. Audio- oder Videosignale eines gesamten Sicherheitssystems liefern, während die Faseroptikkabel 50a, 50b andere Datensignale übertragen würden.
  • In 3 verwendet ein Eindringerkennungssystem 99 der vorliegenden Erfindung ein Zeitbereichsreflektometer (TDR) 100 oder eine Reflektionsmessungseinheit, die ein Signal in das Sensorkabel 10 einspeist, um den Ort des Eindringens basierend auf dem zeitlichen Verlauf der Reflektion des eingespeisten Signals zu bestimmen. Das in 3 gezeigte System 99 benutzt ein Schaltmittel 115 für eine diskrete Zeitschaltungsmethode, bei der das TDR 100 eine Spannung (Impuls) längs des Sensorkabels 10 einspeist und eine Reflexion empfängt, wohingegen ein Prozessor 110 passiv eine Ausgangsspannung in einem Zeitintervall erfasst. Das Sensorkabel 10 mit einem lose angeordneten Leiter und reibungselektrischem Aufbau wird im Falle eines Eindringens sowohl einen reibungselektrischen Ladungstransfer als auch eine Impedanzänderung bedingen. Die reibungselektrische Ladungsänderung wird durch einen Systemprozessor 110 erfasst, wohingegen die Impedanzänderung vom TDR 100 erfasst wird. Der Zeitunterschied bezüglich der Reflexion durch die Impedanzänderung liefert die Entfernung zur Störung entlang des Sensorkabels 10.
  • Weiter ergibt sich aus 3, dass das Eindringerkennungssystem 99 eine Doppelfunktionalität auf einem einzigen Koaxialkabel, welches das Sensorkabel 10 bildet, bietet, indem der Prozessor 110 eine Störung auf Basis einer erzeugten Spannung passiv erfassen kann, während das TDR 100 aktiv den reflektierten Impuls entlang des Sensorkabels 10 erfassen kann. Die auf dem Sensorkabel 10 als Antwort auf die Störung erzeugte reibungselektrische Spannung kann ähnlich wie in einem konventionellen passiven Sensorsystem gemessen und verarbeitet werden. Sowohl der aktive Zustand als auch der passive Zustand der Kabelmessung kann auch in einer vorbestimmten wechselnden Zeitfolge durch eine Ansteuerung des Schaltmittels durch den Prozessor ausgeführt werden.
  • Ein weiterer Gesichtspunkt dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Einrichten von Schwellwerten und Zonen zur Bestimmung der Anwesenheit und des Ortes eines Eindringlings. Beispielsweise könnte es nützlich sein, den Merkmalen der Umgebung, wo das Kabel eingesetzt ist, entsprechende Zonen oder Planquadrate elektronisch zu definieren, wie z.B. Ecken von Gebäuden oder Toren, um eine Videoüberwachung oder sonstige Reaktionsmaßnahmen zu aktivieren. Diese Zonen, oder eine Teilmenge dieser Zonen, können entsprechende Erkennungsschwellwerte besitzen, die durch eine Kalibrierungsprozedur gesetzt werden, z.B. Setzen eines niedrigen Schwellwertes in einer Umgebung, in der die Erkennung eines Eindringlings niedrig ist (beispielsweise ein sehr stabiler Zaun), oder hoch für einen Zaunabschnitt, der eine große Eindringantwort liefert.
  • Wie in 3 gezeigt, kann das Sensorkabel 10 elektronisch in Zonen oder Planquadrate aufgeteilt werden, wenn die Ablaufsteuerung auf der Zeitantwort basiert. Beispielsweise ist das Sensorkabel 10 in vier Zonen A, B, C und D unterteilt. Jede Zone ist einem bestimmten Bereich derart zugeordnet, dass das Reflektometer den Ort des Eindringens auf Basis der Zone, in der die Störung erkannt wurde, zuordnet.
  • Das Sensorkabel 10 kann entweder mit einem Zeit- oder Frequenzbereichsprozessor 110 verbunden sein, um die Doppelfunktionalität von Erkennung und Ortsbestimmung innerhalb eines Prozessors mit einer integrierten Übertrager/Empfänger-Einheit (nicht gezeigt) auszuführen. Demnach wird das TDR 100 als separate Einheit nicht im Eindringerkennungssystem 99 gebraucht, jedoch seine in den Prozessor 110 integrierte Funktion. Die TDR-Funktion umfasst allgemein eine Methode zum Erzeugen eines Impulses, Einspeisen des Impulses in das Kabel und Empfangen und Verarbeiten des von einem Kabel reflektierten Zeit-Antwortsignals, um die Signaländerungen als eine Funktion der Entfernung zu überwachen. Folglich könnte der Prozessor 110 abhängig vom Typ der eingespeisten Signale und der Anwendung einen Richtkoppler, zum Trennen der übertragenen und reflektierten Signale, oder eine Reflexionsmessbrücke benutzen.
  • Techniken, wie z.B. Planquadrate mit einzelnen, an jedem Quadrat zum Verbessern des Signal-Rausch-Verhältnises (SNR) gesetzten Eindringschwellwerten, könnten auch von dem Prozessor 110 verwendet werden. Wie oben beschrieben, könnte der Prozessor 110 verschiedene Entfernungsmessungsmethoden implementieren. In einer solchen Ausführung kann ein „breitbandiges" Kabeleingangssignal auf das Sensorkabel gegeben werden und eine Frequenzbereichsverarbeitung des Antwortsignals durchgeführt werden, um die Störungsstelle zu bestimmen.
  • In 4 ist ein Blockschaltbild eines Eindringerkennungssystems 120, welches dem aus 3 ähnelt, abgebildet. Der Eindringerkennungssystem-120-Sensor umfasst ein sensorintegriertes Kabel 130, mit zwei separaten und parallelen Koaxialkabeln 140 und 150, wohingegen das Sensorkabel 10 aus 3 ein einzelnes für eine Doppelnutzung gestaltetes Koaxialkabel aufweist. Jedes Koaxialkabel 140, 150 ist als von separaten Kabelmänteln umhüllt abgebildet, sie können jedoch auch von einem einzigen Kabelmantel umhüllt sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das erste Koaxialkabel 140 mit dem TDR 100 verbunden und wird in einer aktiven Entfernungsmessungsfunktion genutzt. Das zweite Koaxialkabel 150 ist mit dem Prozessor 110 gekoppelt und wird in einer passiven Störungserfassungsfunktion genutzt. Beispielsweise ist das erste Koaxialkabel 140 ein Koaxialkabel mit einem lose angeordneten Zentralleiter zur einfachen Entfernungsmessungsnutzung und das zweite Koaxialkabel 150 ist ein Signalgeberkabel, das Phänomenologien wie z.B. piezoelektrische, magnetische, reibungselektrische, ferrodielektrische o.ä. verwendet. Andere geeignete Materialen zur passiven Störungserfassung können verwendet werden. Beispielsweise kann ein Faseroptikkabel, welches weder koaxial aufgebaut ist noch eine Klemmenspannung als Antwort auf eine Störung erzeugt, zur passiven Störungserfassung eingesetzt und in das sensorintegrierte Kabel 130 eingebunden sein. Es versteht sich, dass Faseroptikkabel sowie Magnetkabel unterschiedliche Eigenschaften und einen unterschiedlichen Aufbau im Vergleich zum reibungselektrischen Kabel haben. In 4 sieht das Koaxialkabel 140 gleich aus wie das reibungselektrische Signalgeberkabel 1 aus 1, es würde aber die teureren Materialen wie FEP zur reibungselektrischen Erfassung nicht benötigen. In diesem Fall wäre es nicht erforderlich, die TDR- und Prozessorfunktionen mit der Zeit umzuschalten, um das selbe Kabel wie in 3 zu teilen, da einzelne Eingänge zu den beiden Koaxialkabeln 140, 150 vorhanden sind.
  • Bezugnehmend nun auf 5 wurde in einem experimentellen Test ein TDR-Kabeltester, der TektronixTM 1503, der Firma Tektronix, Inc. von Beaverton, Oregon, USA, an einem an einem Maschendrahtzaun der vorliegenden Erfindung befestigten Intelli-FLEXTM-Kabel angeschlossen. Mit einer Einstellung von 10-Nanosekunden-Impulsen und 20dB Reflektionsverlust wurde der Zaun, um ein Eindringen zu simulieren, in drei Zonen A, B und D mit einem Schraubenschlüssel angeschlagen und die Displayreaktionen beobachtet. 5 bildet einen Graph ab, der die Reaktion auf jeden Schlag innerhalb der Aufschlagzonen A, B und D entlang des Sensorkabels 1 der 3 repräsentiert. Bei jedem Schlag ist ein 1–2 dB Signalwechsel gezeigt. Eine Abschwächung in Richtung des Kabelendes, in Zone D, wurde beobachtet, da die verwendete TDR-Einheit die Empfindlichkeit bezüglich der Zeit nicht kompensiert.
  • In einem speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das sensorintegrierte Kabel in Verbindung mit dem eigenen Intelli-FLEXTM-System verwendet werden, welches allein reibungselektrische Kabel benutzt. Solch ein System misst laufend mittels der durch Biegen und Bewegen des Kabels erzeugten reibungselektrischen Ladung, um die Anwesenheit eines Eindringens festzustellen, und erzeugt zusätzlich ein kontinuierliches Ausgangssignal über einem einen höhrbaren Bereich enthaltenden Frequenzbereich, um die Reaktion des Eindringlings abzuhorchen. Bei Verwendung einer mit einem der beiden Enden des Sensorkabels 10 verbundenen Zeitbereichsreflektometerbaugruppe, wie vorstehend beschrieben, kann die Impedanzänderung entlang eines reibungselektrischen Kabels auch gemessen werden, um den genauen Ort einer Störung festzustellen.
  • Das Intelli-FLEXTM-System kann ferner in bestehende Systeme implementiert werden, um eine Ortsangabe mit lediglich einer zusätzlichen Hardwarekomponente zu liefern. Beispielsweise könnte die TDR-Funktion in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung als eine Zusatzkarte ausgebildet sein oder sie könnte alternativ durch eine Frequenzbereichsmethode ersetzt werden und potenziell für weitere SNR-Verbesserungen sorgen. Darüber hinaus kann ein Sensitivity Time Controller (STC) in Verbindung mit dem TDR verwendet werden, um das SNR durch verändernde Verstärkung entsprechend dem empfangenen Signalzeitpunkt zu verbessern.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es verschiedene Zeit- und Frequenzbereichsmethoden, die zur Entfernungsbestimmung verwendet werden können. Diese sind typischerweise in Texten über ursprünglich eine Methode zum Erzeugen einer dem Zielort entsprechenden Reflexion darstellende Radartechnik, welche von den Übertragungs- und Empfangselementen, wie Antennen, ver lustbehafteten Kabeln oder, in diesem Fall, abgeschirmten Koaxialkabeln abgeleitet ist. Ebenso können deren Parameter für den Anwendungsfall optimiert werden, z.B. kann die Impulsdauer verkürzt werden, um die Zielortgenauigkeit mit einer Zeit-Bereichs-Reflexionsmessungsmethode zu verbessern, oder die Bandbreite eines frequenzmoduliert eingespeisten Signals in einer Frequenzbereichsmethode vergrößert werden.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel kann auch ein sensorintegriertes Doppelkabel ein Teil bilden oder in Verbindung mit dem im IntelliFIBERTM-System der Senstar-Stellar Corporation oder anderer Hersteller verwendeten Sensorkabel eingesetzt sein, wie beispielsweise solche, welche von Fiber SenSys, Inc, von Beaverton, Oregon, US oder von Future Fiber Technologies Pty. Ltd., Rowville, Victoia, Australien hergestellt werden. Das sensorintegrierte Kabel kann innerhalb eines Sicherheits-Kabelmantels angeordnet sein, um eine verbesserte Eindringerkennung einschließlich Entfernungsmessung des Eindringlings bereitzustellen.
  • Die vorliegende Erfindung kann ferner als ein sensorintegriertes Kabelsystem ausgeführt sein, bei dem außerdem weitere Stromkabel und Kupfer- oder faseroptische Kommunikationskabel Bestandteil des sensorintegrierten Kabels sind. Es versteht sich auch, dass andere Erfassungsphänomenologien, einschließlich magnetische, piezoelektrische, ferrodielektrische u.ä. verwendet werden können, ohne von dem bestimmungsgemäßen Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Abhängig von den Zwei-Kabel-Phänomenologien können verschiedene Eingangssignale und Ausgangssignale des Kabels für verschiedene Funktionen oder zu verschiedenen Zeiten verwendet werden. Beispielsweise kann mit der Intelli-FLEXTM-Anordnung die Reflektometerfunktion in einem Zeitintervall an einem Ende des Kabels ausgeführt werden, innerhalb dessen das selbe oder das andere Ende des Kabels für den reibungselektrischen Effekt passiv gemessen wird. Idealerweise ist das nicht messende Kabelende in geeigneter Weise abgeschlossen, z.B. mit seiner charakteristischen Impedanz für die TDR-Funktion oder mit einer hohen Impedanz für den reibungselektrischen Effekt. In ähnlicher Weise speist das IntelliFIBERTM ein optisches Signal in ein Ende einer Faser und empfängt an dem entgegengesetzten Ende.
  • Es sollte verstanden sein, dass die hier angeführten bevorzugten Ausführungsbeispiele lediglich die vorliegende Erfindung veranschaulichen. Zahlreiche Variationen in Design und Nutzung der vorliegenden Erfindung können im Hinblick auf die folgenden Patentansprüche betrachtet werden, ohne von dem bestimmungsgemäßen Umfang und Gebiet der hierin offenbarten Erfindung abzuweichen.
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Claims (32)

  1. Ein Eindringerkennungssystem, umfassend: ein Koaxialkabel mit einem ersten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil, einem zweiten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil und einem elektrisch isolierenden Bauteil, das zwischen dem ersten Kabelbauteil und dem zweiten Kabelbauteil angeordnet ist, wobei das erste Kabelbauteil lose in dem Koaxialkabel angeordnet und dadurch relativ zu dem isolierenden Bauteil frei beweglich ist, um eine Impedanzänderung als Antwort auf eine Störung zu liefern, und wobei das Koaxialkabel eine Klemmenspannung als Antwort auf die Störung erzeugen kann; und eine Verarbeitungseinheit, die wirkend mit dem Koaxialkabel verbunden ist, um ein eingespeistes Signal in dem Koaxialkabel zu verbreiten und um ein durch die Impedanzänderung entlang des Koaxialkabels geändertes reflektiertes Signal zu empfangen und um die Störung auf Basis einer Zeitdifferenz zwischen dem reflektierten Signal und dem eingespeisten Signal in einem aktiven Zustand zu orten und um in einem passiven Zustand ein Signal als Antwort auf die erzeugte Klemmenspannung des Koaxialkabels zu erzeugen.
  2. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 1, umfasst ferner mit der Verarbeitungseinheit verbundene Schaltungsmittel, um innerhalb eines Zeitintervalls zwischen dem passiven Zustand und dem aktiven Zustand umzuschalten.
  3. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 1, wobei das Koaxialkabel ferner zumindest einen weiteren Leiter enthält.
  4. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 2, wobei das Koaxialkabel ferner zumindest einen weiteren Leiter enthält.
  5. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 1, wobei das Koaxialkabel den reibungselektrischen Effekt benutzt, um im passiven Zustand eine Klemmenspannung zu erzeugen.
  6. Ein Eindringerkennungssystem, umfassend: ein sensorintegriertes Kabel mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei das Sensorkabel Folgendes aufweist: ein primäres Kabel mit einem ersten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil, einem zweiten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil und einem elektrisch isolierenden Bauteil, das zwischen dem ersten Kabelbauteil und dem zweiten Kabelbauteil angeordnet ist, wobei das erste Kabelbauteil lose in dem primären Kabel angeordnet und dadurch relativ zu dem isolierenden Bauteil frei beweglich ist, um eine Impedanzänderung als Antwort auf eine Störung zu liefern; und zumindest ein sekundäres Sensorkabel, das eine Antwort auf die Störung erzeugen kann; und eine Verarbeitungseinheit, die wirkend mit der Eingangsseite und der Ausgangsseite des sensorintegrierten Kabels verbunden ist, um ein eingespeistes Signal zu verbreiten und ein durch die Impedanzänderung entlang des primären Kabels geändertes reflektiertes Signal zu empfangen und um die Störung auf Basis der Zeitdifferenz zwischen dem reflektierten Signal und dem eingespeisten Signal in einem aktiven Zustand zu orten und um in einem passiven Zustand auf Basis der Antwort des zumindest einen sekundären Sensorkabels ein Signal zu erzeugen; wobei sich längs dem primären Kabel ein von der Verarbeitungseinheit eingespeistes Signal ausbreitet.
  7. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 6, wobei das sensorintegrierte Kabel von einem Übermantel umschlossen ist.
  8. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 6, wobei das primäre Kabel von einem ersten Kabelmantel umschlossen ist, und wobei das zumindest eine sekundäre Kabel von einem zweiten Kabelmantel umschlossen ist, derart, dass der erste Kabelmantel und der zweite Kabelmantel angeordnet sind, um das sensorintegrierte Kabel zu bilden.
  9. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 6, wobei das primäre Kabel weiter zumindest einen weiteren Leiter enthält.
  10. Das sensorintegrierte Kabel nach Anspruch 6, wobei das zumindest eine sekundäre Kabel, zur passiven Störungserfassung zumindest ein aus der Gruppe bestehend aus: reibungselektrisches Signalgeberkabel, piezoelektrisches Kabel, magnetisches Kabel und Elektretkabel gewähltes Kabel enthält.
  11. Das sensorintegrierte Kabel nach Anspruch 6, wobei das zumindest eine sekundäre Kabel zumindest ein Faseroptikkabel zur passiven Störungserfassung enthält.
  12. Das sensorintegrierte Kabel nach Anspruch 6, wobei das sensorintegrierte Kabel weiter zumindest ein Stromkabel enthält.
  13. Das sensorintegrierte Kabel nach Anspruch 6, wobei das sensorintegrierte Kabel weiter zumindest ein Datenkabel beinhaltet.
  14. Ein Eindringerkennungssystem, umfassend: ein sensorintegriertes Kabel mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei das Sensorkabel Folgendes aufweist: ein Koaxialkabel mit einem ersten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil, einem zweiten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil und einem elektrisch isolierenden Bauteil, das zwischen dem ersten Kabelbauteil und dem zweiten Kabelbauteil angeordnet ist, wobei das erste Kabelbauteil lose in dem Koaxialkabel angeordnet und dadurch relativ zu dem isolierenden Bauteil frei beweglich ist, um eine Impedanzänderung als Antwort auf eine Störung zu liefern, und welches eine Klemmenspannung als Antwort auf die Störung erzeugen kann; ein Reflektometer, um ein eingespeistes Signal zu verbreiten und um ein durch die Impedanzänderung entlang des Koaxialkabels geändertes reflektiertes Signal zu empfangen, einen Prozessor zum Erzeugen eines Signals als Antwort auf die von dem Koaxialkabel erzeugte Klemmspannung; und mit dem Prozessor und mit dem Reflektometer verbundenes Schaltmittel, um in einem Zeitintervall zwischen dem Prozessor und dem Reflektometer umzuschalten, wobei das Schaltmittel mit dem Eingang und dem Ausgang des sensorintegrierten Kabels verbunden ist, und wobei der Prozessor mit dem Reflektometer verbunden ist, um die Störung entlang des sensorintegrierten Kabels auf Basis des Zeitunterschieds des reflektierten Signals relativ zu dem eingespeisten Signal zu orten.
  15. Ein Eindringerkennungssystem, umfassend: ein sensorintegriertes Kabel mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei das Sensorkabel Folgendes aufweist: ein primäres Kabel mit einem ersten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil, einem zweiten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil und einem elektrisch isolierenden Bauteil, das zwischen dem ersten Kabelbauteil und dem zweiten Kabelbauteil angeordnet ist, wobei das erste Kabelbauteil lose in dem primären Kabel angeordnet und dadurch relativ zu dem isolierenden Bauteil frei beweglich ist, um eine Impedanzänderung als Antwort auf eine Störung zu liefern; und zumindest ein sekundäres Kabel, das eine Klemmenspannung als Antwort auf die Störung erzeugen kann; ein mit dem Eingang des sensorintegrierten Kabels verbundenes Reflektometer, um ein eingespeistes Signal zu verbreiten und ein durch die Impedanzänderung entlang des primären Kabels geändertes reflektiertes Signal zu empfangen, und einen mit dem Eingang und dem Ausgang des Sensorkabels verbundener Prozessor, um ein Signal als Antwort auf die von dem zumindest einen sekundären Kabel erzeugte Klemmenspannung zu erzeugen, wobei der Prozessor mit dem Reflektometer verbunden ist, um die Störung entlang des sensorintegrierten Kabels auf Basis des Zeitunterschieds des reflektierten Signals relativ zu dem eingespeisten Signal zu orten.
  16. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 14, wobei das eingespeiste Signal ein Impulssignal ist.
  17. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 14, wobei der Prozessor ein mikroprozessorbasierter Signalprozessor ist.
  18. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 14, wobei der Prozessor ein Zeitbereichsprozessor ist.
  19. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 14, wobei der Prozessor ein Frequenzbereichsprozessor ist.
  20. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 15, wobei das zumindest eine sekundäre Sensorkabel zur passiven Störungserfassung zumindest ein aus der Gruppe bestehend aus: piezoelektrisches Kabel, magnetisches Kabel, Elektretkabel und einem Faseroptikkabel gewähltes Kabel beinhaltet.
  21. Ein sensorintegriertes Kabel für die Nutzung in einem Eindringerkennungssystem mit einer Verarbeitungseinheit, wobei das Sensorkabel einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei beide, der Eingang und der Ausgang des Sensorkabels, zum Verbinden mit der Verarbeitungseinheit ausgebildet sind, um eine Störung entlang des Sensorkabels zu orten und um ein Signal als Antwort auf die Störung zu erzeugen, wobei das sensorintegrierte Kabel Folgendes umfasst: ein Koaxialkabel mit einem ersten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil, einem zweiten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil und einem elektrisch isolierenden Bauteil, das zwischen dem ersten Kabelbauteil und dem zweiten Kabelbauteil angeordnet ist, wobei das erste Kabelbauteil lose in dem Koaxialkabel angeordnet und dadurch relativ zu dem isolierenden Bauteil frei beweglich ist, um in einem aktiven Zustand eine Impedanzänderung als Antwort auf die Störung zu liefern und wobei das Koaxialkabel in einem passiven Zustand eine Klemmenspannung als Antwort auf die Störung erzeugen kann.
  22. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 21, wobei das erste Leiterkabelbauteil das zweite Leiterkabelbauteil umschließt.
  23. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 21, wobei das zweite Leiterkabelbauteil das erste Leiterkabelbauteil umschließt.
  24. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 21, wobei das Koaxialkabel ferner zumindest einen weiteren Leiter enthält.
  25. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 21, wobei das Koaxialkabel den reibungselektrischen Effekt benutzt, um im passiven Zustand eine Klemmenspannung zu erzeugen.
  26. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 21, wobei das sensorintegrierte Kabel zumindest ein aus der Gruppe bestehend aus: piezoelektrisches Kabel, magnetisches Kabel, Elektretkabel und faseroptisches Kabel gewähltes sekundäres Kabel enthält.
  27. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 21, wobei das sensorintegrierte Kabel ferner zumindest ein Stromkabel beinhaltet.
  28. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 21, wobei das sensorintegrierte Kabel ferner zumindest ein Datenkabel beinhaltet.
  29. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 21, wobei das sensorintegrierte Kabel von einem Übermantel. umschlossen ist.
  30. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 26, wobei das sensorintegrierte Kabel von einem ersten Kabelmantel umschlossen ist und wobei das zumindest eine sekundäre Kabel von einem zweiten Kabelmantel umschlossen ist, derart, dass der erste Kabelmantel und der zweite Kabelmantel angeordnet sind, um das sensorintegrierte Kabel zu bilden.
  31. Das Eindringerkennungssystem nach Anspruch 27, wobei das Stromkabel von einem Kabelmantel umschlossen ist.
  32. Ein sensorintegriertes Kabel für die Nutzung in einem Eindringerkennungssystem mit einer Verarbeitungseinheit, wobei das Sensorkabel einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei beide, der Eingang und der Ausgang des Sensorkabels zum Verbinden mit der Verarbeitungseinheit ausgebildet sind, um eine Störung entlang des Sensorkabels zu orten und um ein Signal als Antwort auf die Störung zu erzeugen, wobei das sensorintegrierte Kabel Folgendes aufweist: ein primäres Kabel mit einem ersten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil, einem zweiten elektrisch leitfähigen Kabelbauteil und einem elektrisch isolierenden Bauteil, das zwischen dem ersten Kabelbauteil und dem zweiten Kabelbauteil angeordnet ist, wobei das erste Kabelbauteil lose in dem Koaxialkabel angeordnet und dadurch relativ zu dem isolierenden Bauteil frei beweglich ist, um eine Impedanzänderung als Antwort auf die Störung zu liefern; und zumindest ein zum Erzeugen der passiven Antwort auf die Störung geeignetes sekundäres Kabel zur passiven Störungserfassung.
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