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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur aktiven, elektronischen Überwachung von Glasflächen mit Hilfe von je mindestens einem Sende- und Empfangspiezoschwinger, welche mit der Glasfläche in Kontakt stehen, wobei in einem Arbeitsfrequenzbereich der Sendepegel eines Generators zum Anregen des Sendepiezoschwingers auf einem Wert gehalten ist, bei dem sich ein im Empfangskanal des Empfangspiezoschwingers vorgegebener Referenzpegel einstellt, wobei weiterhin aus dem Regelverhalten auf die Schwingungsübertragungseigenschaften der Glasfläche geschlussfolgert wird.
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Sogenannte aktive Glasbruchmelder auf der Basis piezoelektrischer Sensoren gehören zum Stand der Technik.
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Bei diesen Glasbruchmeldern wird ein Sendepiezoschwinger auf einen ersten ausreichenden Pegel im Arbeitsfrequenzbereich gesetzt und betrieben, wobei ein Empfangspiezo ein Ausgangssignal bereitstellt, das mit einem Referenzpegel verglichen wird. Das Maß des Ausgangssignals, welches am Empfangspiezo anliegt, gibt die Übertragungseigenschaften der zu überwachenden Glasfläche an. Um Temperaturschwankungen oder sonstige Umwelteinflüsse auszugleichen, ist es weiterhin vorbekannt, ein Pegelstellglied so anzusteuern, dass der Empfangspegel nahezu gleich dem vorgegebenen Referenzpegel ist. Weil bei dem bekannten Stand der Technik immer der erste ausreichende Pegel im Arbeitsfrequenzbereich genutzt wird, ist die resultierende Regelreserve zufallsbestimmt und unter Umständen nicht ausreichend. Die Bewertung möglicher Alarmkriterien erfolgt im Übrigen nur bei einer vorgegebenen Frequenz.
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Aufgrund der vorstehend kurz erläuterten Funktionsweise bekannter elektronischer Glasbruchmelder ist es in vielen Fällen nicht möglich, zwischen echten Alarmen aufgrund Glasbruch und Sabotageangriffen zu unterscheiden. Unter Sabotageangriffen wird z. B. das Abfallen des Sensors von der Glasoberfläche oder das Verlassen des Abgleichzustands ohne erneutes Erreichen eines Abgleichs bezeichnet.
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Darüber hinaus weisen die bekannten Glasbruchmelder den Nachteil auf, dass fremdgenerierte Störsignale nicht oder nicht eindeutig verifizierbar sind. Es ergibt sich daher insgesamt eine geringe Zuverlässigkeit bei der Überwachung von Glasflächen.
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In der
DE 35 29 402 C1 offenbart ein Verfahren zum Überwachung eines geschlossenen Raumes, bei dem eine Schwingung konstanter Frequenz und konstanter Amplitude in den raumbegrenzenden Körper eingekoppelt wird. Die Amplitude der daraufhin im Körper auftretenden Schwingung wird gemessen und ein Alarm bei Abweichung der Amplitude von einem Sollwert ausgelöst. Hierbei wird die Amplitude mindestens einer Oberwelle der eingekoppelten Schwingung im Raum gemessen.
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Aus der
DE 36 30 858 C2 ist ein aktiver Glasbruchmelder bekannt, wonach Schwingungsübertragungseigenschaften einer Glasfläche überprüft und aus dem Regelverhalten geschlussfolgert wird, ob ein Alarm auszulösen ist. In der Glasscheibe wird nur eine Resonanzfrequenz überwacht, wobei das Risiko besteht, dass der sich nach einem Glasbruch einstellende Empfangspegel dem vor dem Glasbruch vorhandenen Referenzpegel entspricht. Folglich würde dies zu keiner Alarmmeldung führen.
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Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur aktiven, elektronischen Überwachung von Glasflächen mit Hilfe von je mindestens einem Sende- und Empfangspiezoschwinger, welche mit der Glasfläche in Kontakt stehen, anzugeben, wobei eine verbesserte und sichere Erkennung eines Glasbruchs einerseits und die Ermittlung von Sabotageangriffen andererseits möglich sein soll.
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Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Durchführung eines derartigen weiterentwickelten Verfahrens zu schaffen.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt verfahrensseitig durch die Lehre gemäß Definition nach Patentanspruch 1 sowie bezogen auf die Anordnung durch die Merkmalskombination nach Patentanspruch 2.
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Der erfindungsgemäße Glasbruchmelder, welcher nach dem vorgestellten Verfahren arbeitet, dient der Überwachung von Glasflächen, insbesondere in Rahmenkonstruktionen, und ist für unterschiedlichste Glassorten einsetzbar. In einer ersten Ausführungsvariante können je nach Anzahl der ansteuerbaren Sende- und Empfangspiezoschwinger zwei Glasflächen unabhängig voneinander überwacht werden.
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Es liegt im Sinne der Erfindung, auch weitere Glasflächen zu überwachen, indem auf eine mögliche Multiplex-Betriebsart eines eingesetzten Mikrocontrollers zurückgegriffen wird.
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Bei dem Verfahren zur aktiven, elektronischen Überwachung von Glasflächen mit Hilfe von je mindestens einem Sende- und Empfangspiezoschwinger, welche mit der Glasoberfläche in Kontakt stehen, wobei in einem Arbeitsfrequenzbereich der Sendepegel eines Generators zum Anregen des Sendepiezoschwingers auf einem Wert gehalten ist, bei dem sich ein im Empfangskanal des Empfangspiezoschwingers vorgegebener Referenzpegel einstellt, wird in an sich bekannter Weise aus dem Regelverhalten auf die Schwingungsübertragungseigenschaften der Glasfläche geschlussfolgert und gegebenenfalls ein Alarm ausgelöst.
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Zur Unterscheidung von Alarmen, Sabotageangriffen oder Störsignalen ist eine Mehrkriterienauswertung vorgesehen, die kontinuierlich und zyklisch wiederholt abläuft.
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Zum Zweck des Abgleichs der Sensorik wird während des Scannens des Generators über den Arbeitsfrequenzbereich eine Ermittlung von mehreren Frequenzen vorgenommen, bei denen am Empfangspiezoschwinger ein Pegelmaximum oder ein Wert in der Nähe des Pegelmaximums vorliegt.
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Anschießend wird der Generator auf die ausgewählten Frequenzen eingestellt und es erfolgt ein Aktivieren der Regelung zum Zweck des möglichen Beibehaltens des Referenzpegels, wobei alle Pegel, die bei den ausgewählten Frequenzen vorliegen, bei veränderten Umweltbedingungen durch Änderung der Sendeleistung des Generators zum Zweck des Beibehaltens des abgeglichenen Zustands nachgeführt werden.
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Beim Erreichen einer Regelgrenze wird ein neuer Abgleichschritt im Arbeitsfrequenzbereich gestartet, wobei infolge eines mehrmaligen Fehlversuchs bezogen auf einen neuen Abgleich ein Sabotagealarm ausgelöst wird.
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Zum Zweck der Alarmüberwachung wird eine Bewertung der Änderungsgeschwindigkeit des Empfangspegels innerhalb sehr kurzer Zeitabschnitte, d. h. im Millisekundenbereich, vorgenommen und überprüft, ob der Empfangspegel in einer vorgegebenen Zeitspanne den Referenzpegelwert erneut erreicht, wobei diese Überprüfung bei mehreren Frequenzen vorgenommen wird. Bei einem nicht zeitkorrekten Erreichen des Referenzpegels wird ein Bruchalarm ausgelöst.
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Weiterhin erfolgt in größeren Zeitabschnitten ein Unterbrechen des Betriebs des Generators bzw. eine Unterbrechung der Bereitstellung des Sendesignals, und zwar nur kurzzeitig.
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Durch diese kurzzeitige Außerbetriebnahme des Generators besteht die Möglichkeit, Störsignalpegel mit Hilfe des Empfangspiezoschwingers zu bestimmen. Liegen diese Störsignalpegel am Empfangspiezoschwinger über einem vorgegebenen Schwellwert, wird ein Störsignalalarm ausgelöst.
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Anordnungsseitig ist ein Frequenzgenerator vorhanden, der über einen Mikrocontroller aktiviert wird.
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Ausgangsseitig des Frequenzgenerators ist ein Pegelstellglied vorhanden. Am Ausgang des Pegelstellglieds ist eine Verstärkerstufe (Endstufe) geschaltet, die zu mindestens einem Sendepiezoschwinger führt. Der mindestens eine Sendepiezoschwinger ist bevorzugt stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben mit der zu überwachenden Glasfläche verbunden.
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Mindestens ein Empfangspiezoschwinger steht ebenfalls in Kontakt mit der zu überwachenden Glasoberfläche. Der Ausgang des Empfangspiezoschwingers führt auf einen Eingangsverstärker, dessen Ausgang mit einem Vergleicher zum Zweck des Realisierens einer Regelung in Verbindung steht.
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Die Regelung wirkt hierbei auf das Pegelstellglied derart ein, dass der Empfangspegel URX nach Möglichkeit auf einem gleichen, internen Referenzwert gehalten werden kann.
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Mit Hilfe einer Frequenzregelung ist dafür Sorge getragen, dass die jeweils ausgewählte Sendefrequenz oder die mehreren Frequenzen auch im Fall von Temperaturschwankungen und sonstigen Umwelteinflüssen stabil bleibt.
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Die Pegelregelung und/oder die Frequenzregelung kann softwareseitig durch ein entsprechendes Programm innerhalb des Mikrocontrollers realisiert werden.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
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1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung zur aktiven, elektronischen Überwachung von Glasflächen und
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2 eine Darstellung zum Zweck der Erläuterung der Funktionsweise der Anordnung.
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Ein Mikrocontroller 1 bildet die zentrale Einheit zum Steuern der Anordnung zur Überwachung von Glasflächen. Mit Hilfe dieses Controllers 1 werden alle relevanten Ereignisse überwacht und die notwendigen Aktivitäten ausgelöst.
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Am Controller 1 sind mehrere Eingangskanäle 2 vorhanden, an denen die Empfangspiezoschwinger (siehe 2) angeschlossen werden. Selbiges gilt für die Sendekanäle 3, die mit dem oder den Sendepiezoschwingern in Verbindung stehen.
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Am Sendekanal liegt demnach das für die Überwachung der jeweiligen Glasfläche notwendige Signal an, welches im Bereich einer Frequenz von beispielsweise 175 kHz bis 230 kHz variiert werden kann. Weiterhin ist der Sendepegel im Bereich von 60 mVSS bis 12 VSS einstellbar.
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Die Anordnung kann mit einem Erweiterungsport nachgerüstet werden, um weitere Glasflächen zu überwachen. Der Erweiterungsport enthält ebenfalls Eingangs- und Sendekanäle für die weiteren Sende- und Empfangspiezoschwinger.
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Über eine Fernsteuerung besteht die Möglichkeit, extern die Zustände scharf/unscharf sowie Testmode und Speicherabfrage zu schalten. Ein Terminalport 6 dient während der Inbetriebnahme am Installationsort zur Kontrolle von Frequenz- und Pegelinformationen, auf die der Abgleich vorgenommen wird. Weiterhin kann über den Terminalport 6 eine Fehlersuche durch Anschluss eines Diagnosesystems erfolgen.
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Über einen Bus-Erweiterungsport 7 kann eine Verbindung zu fremden Bussystemen erfolgen.
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Der Messport 8 dient der Ausgabe einer Gleichspannung, die ein Maß für die Übertragungsgüte der zu überwachenden Glasfläche darstellt. Über ein Steckfeld kann der jeweils interessierende Kanal ausgewählt werden. Hierdurch ist eine Inbetriebnahme und Kontrollmöglichkeit ohne Verwendung eines zusätzlichen Terminals möglich.
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Mit Hilfe der Stromversorgung 9 werden die für die Funktion der Anordnung notwendigen internen Spannungen bereitgestellt.
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LED-Anzeigen 10 dienen der Zustandssignalisierung, allerdings nur im unscharfen Zustand der Anordnung. Mit Hilfe dieser LED-Anzeigen 10 kann während der Inbetriebnahme eine Kontrolle des Abgleichzustands vorgenommen werden und es besteht die Möglichkeit, korrekte Funktionen bei Testauslösungen zu erkennen. Im Zustand einer Speicherabfrage wird mit den LEDs 10 eine Anzeige vorangegangener Alarmauslösungen möglich. Ein erster Alarm ist durch Blinken der Alarm-LED darstellbar.
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Für die Anschaltung an übliche Differentialmeldelinien ist für jeden Kanal ein Alarmrelais 11 vorhanden, so dass die Möglichkeit besteht, eine Einzelalarmidentifizierung beim Auftreten eines Alarms vornehmen zu können.
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Mit Hilfe des Sabotagerelais 12, das als Sammelmeldung für alle vorkommenden Sabotagefälle vorgesehen ist, ist ein Sabotagealarm auslösbar. Unter alle vorkommenden Sabotagefälle wird hier beispielsweise die Auslösung durch einen Deckelschalter, das Verlassen des Abgleichzustands durch Abfall eines Sensors, Manipulationen oder dramatische Verschlechterung der Übertragungseigenschaften der Glasfläche und Ähnliches verstanden.
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Um durch Manipulationen auf die Glasfläche aufgebrachte Störsignale sicher zu erkennen, erfolgt in größeren Intervallen eine sehr kurze Unterbrechung des Sendesignals. Während dieser Unterbrechung wird der Empfangspegel gemessen. Liegt dieser Messwert über einem für die normale Überwachung unzumutbaren Schwellwert, erfolgt ebenfalls die Auslösung eines Sabotagealarms.
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Unter Rückgriff auf die 2 sei die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung nachstehend erläutert.
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Der Generator 30 erzeugt die für die Überwachung notwendigen Frequenzen im Bereich von beispielsweise 175 kHz bis 230 kHz.
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Ausgangsseitig ist der Generator auf einen Frequenzregelungsbaustein 70 rückgekoppelt, um eine Frequenzkonstanz auch dann zu gewährleisten, wenn Temperaturschwankungen oder sonstige Umwelteinflüsse vorliegen.
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Weiterhin steht der Generator 30 mit einem Pegelstellglied 40 in Verbindung, dessen Ausgang wiederum über eine Endstufe 50 mit dem Sendepiezoschwinger PTX in Verbindung steht. Der mindestens eine Sendepiezoschwinger PTX ist bevorzugt durch Kleben mit einer Glasfläche 80 verbunden, welche das zu überwachende Objekt darstellt.
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Am Eingangskanal 2 liegt eine Spannung URX an, welche vom Empfangspiezoschwinger PRX erzeugt wird. Im Empfangs- oder Eingangskanal 2 findet eine Verstärkung und Signalfilterung sowie eine Wandlung in Gleichspannung statt. Die Gleichspannung wird über einen Analog/Digitalwandler im Controller 1 überwacht.
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Im abgeglichenen Zustand der Anordnung ist die Regelung 60 aktiv. Mit Hilfe dieser Regelung 60 wird das Pegelstellglied 40 so betrieben, dass der Empfangspegel nahezu gleich einem vorgegebenen internen Referenzwert ist.
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Beim Aktivieren der Anordnung über ein Startsignal des Controllers 1 wird versucht, einen Abgleichzustand zu bewirken.
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Hierfür erfolgt eine Veränderung der Sendefrequenz im Sinne eines Scannens über den gesamten Frequenzbereich und gleichzeitig eine Überwachung der Empfangsspannung.
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Der Controller 1 ermittelt dann jeweils das Pegelmaximum sowie weitere zwei Frequenzen, die im gleichen maximalen Pegelbereich liegen.
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Im Anschluss darin wird die Frequenz bei maximalem Pegel eingestellt und die Regelung 60 aktiviert.
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Gemäß Ausführungsbeispiel werden alle drei Pegel ständig den sich verändernden Umweltbedingungen nachgeführt.
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Durch die Überwachung des Pegelmaximums im Arbeitsfrequenzbereich ist sichergestellt, dass der Sendepegel immer auf ein Minimum abgeregelt werden kann, so dass letztendlich ein Maximum an Regelreserve für den Betrieb der Anordnung zur Verfügung steht.
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Um zwischen Alarmen und möglichen Sabotagen zu unterscheiden, wird im abgeglichenen Zustand die Anordnung bezogen auf den Sendepegel so geregelt, dass im zugehörigen Empfangskanal sich ein Referenzpegel einstellt.
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Diese Regelung ist während des gesamten Überwachungszustands aktiv und stellt den Normalbetrieb der Anordnung dar.
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Hauptaufgabe der Regelung ist die Kompensation von Umwelteinflüssen, hauptsächlich Temperaturänderungen, die auf die Glasfläche einwirken. Derartige Vorgänge sind langsame Änderungen, die auf die zu überwachende Fläche 80 einwirken. Dementsprechend ist die Regelgeschwindigkeit langsam.
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Ändern sich die Übertragungseigenschaften der Glasfläche 80 dramatisch, z. B. durch Temperaturänderungen, Manipulationen oder Abfall eines Sensors PRX/PTX von der Scheibe, so versucht die Regelung, den Sendepegel so zu verstellen, dass der Referenzpegel wieder erreicht wird.
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Stößt die Regelung hierbei an eine maximale oder minimale Regelgrenze, so wird der Abgleichzustand verlassen. Hiernach wird erneut versucht, einen neuen Abgleichpunkt im Arbeitsfrequenzbereich zu ermitteln. Wenn dies nach mehrmaligen Versuchen nicht gelingt, erfolgt das Auslösen eines Sabotagealarms.
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Im Gegensatz hier erfolgt bei der Alarmüberwachung die Auswertung der Änderungsgeschwindigkeit des Empfangspegels im Millisekundenbereich mit anschließendem Test auf Rückkehr des Empfangspegels auf den ursprünglichen Referenzwert in einer festgelegten Zeit. Dieser Test vollzieht sich bei mehreren Frequenzen. Eine solche Verfahrensabfolge ist zwingend notwendig, um sicher einen Alarm auszulösen, d. h. es liegt hier eine Mehrkriterienbewertung vor.
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Um durch Manipulationen auf die Glasfläche möglicherweise aufgebrachte Störsignale zu erkennen, erfolgt in größeren Intervallen eine kurze Unterbrechung des Sendesignals, d. h. der Generator 30 wird außer Betrieb genommen. Während dieser kurzzeitigen Unterbrechung wird der Empfangspegel gemessen. Liegt dieser gemessene Pegel über einem für die normale Überwachung unzumutbaren Schwellwert, so erfolgt das Auslösen eines Sabotagealarms. Zusammenfassend erfolgt die Überwachung immer im Pegelmaximum des Arbeitsfrequenzbereichs, so dass jederzeit ein Maximum an Regelreserve vorliegt. Die Alarmkriterienbewertung wird bei mehreren Frequenzen vorgenommen und es erfolgt eine Identifizierung des eigenen Sendesignals, um das Vorhandensein von fremden Störsignalen zu bestimmen.
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Letztendlich besteht eine sichere Unterscheidungsmöglichkeit zwischen echten Alarmen und Sabotageangriffen. Bei Vergrößerung der zu überwachenden Glasfläche kann das Sendesignal in einfacher Weise angehoben werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mikrocontroller
- 2
- Eingangskanal
- 3
- Sendekanal
- 4
- Erweiterungsport
- 5
- Fernsteuerung
- 6
- Terminalport
- 7
- Bus-Erweiterungsport
- 8
- Messport
- 9
- Stromversorgung
- 10
- LED-Anzeige
- 11
- Alarmrelais
- 12
- Sabotagerelais
- 30
- Generator
- 40
- Pegelstellglied
- 50
- Endstufe
- 60
- Leistungsregelung
- 70
- Frequenzregelung
- 80
- Glasfläche
- PTX
- Sendepiezoschwinger
- PRX
- Empfangspiezoschwinger
