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Raumschutzeinriehtung mit einem Oszillator, dessen Frequenz durch
das Eindringen von Körpern in den Feldraum von Schutzelektroden, deren Kapazität
in den frequenzbestimmenden Schwingkreis des Oszillators einbezogen ist, verstimmbar
ist Die Erfindung bezieht sich auf eine Raumschutzeinrichtung mit einem Oszillator,
dessen Frequenz durch das Eindringen von Körpern in den Feldraum von Schutzelektroden,
deren Kapazität in den frequenzbestimnienden Schwingkreis des Oszillators einbezogen
ist, verstimmbar ist.
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E% sind auf kapazitive Veränderungen eines Feldraumes ansprechende
Alarmgeräte für Raumschutzzwecke bekannt, bei denen die Erdkapazität des zu schützenden
Gegenstandes bzw. Schutzelektroden in den Zweig einer Kapazitäts-Meßbrücke
geschaltet sind. Beim Eindringen einer Person in den Feldraum der Schutzelektroden
wird dabei die Brückenanordaung verstimmt, wodurch dann ein Alarm ausgelöst wird.
Derartige Anordnungen sind in ihrer Verwendung zwar vielseitig, jedoch für einfache
Aufgaben, z. B. den Schutz eines oder zweier Panzerschränke, .sehr aufwendig.
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Weiterhin ist es bekannt, bei kapazitiv wirkenden Raumschutzanlagen
durch eine Beeinflussung des Feldraumes der Schutzelektroden die Frequenzeines Oszillators
zu verstimmen. Allerdings sind diese Anlagen so ausgelegt, daß ein Alarm nur dann
ausgelöst wird, wenn die verstimmte Oszillatorfrequenz gleich der Resonanzfrequenz
eines Empfangskreises oder gleich der Frequenz -eines zweiten Oszillatorkreises
ist. Dies bedeutet aber eine erhebliche Beschr.änkung der Einsatzmöglichkeit und
Wirkungsweise derartiger Anlagen. Außerdem sind unbedingt zwei Oszillateren erforderlich.
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Ziel der Erfindung ist eine auf Kapazitätsänderung eines Feldraumes
ansprechende Alarmeinrichtung für nur ein oder zwei Schutzobjekte mit einem im Vergleich
zu den bekannten Anordnungen erheblich verringertem Aufwand.
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Bei einer Raumschutzeinrichtung der einleitend angeführten Ausführung
wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Erzeugung einer der Kapazitätsänderung
der Schutzelektroden proportionalen Signal-Gleichspannung ein Phasendiskriminator
vorgesehen ist, deraus einer Sternschaltung besteht, bei der zwei Zweige aus den
an den Oszillator gegensinnig angekoppelten übertragerwicklungen mit je
einem
dazu in Reihe geschalteten Gleichrichter be-.stehen und der dritte Zweig einen aus
dem Oszillator mit 9011 Phasenverschiebung stromgespeisten Sch-wingkreis aufweist,
dessen Resonanzfrequenz gleich der Frequenz des Oszillators bei unbeeinflußtem Feldraum
der Schutzelektroden ist, wobei die Signal-Gleichspannung an den freien Enden der
ersten beiden Schaltungszweige abgreifbar ist.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist in dem geringen Aufwand
für ein kapazitives Raumschutzgerät zu sehen, Ein weiterer Vorteil ist der lineare
Zusammenhang zwischen Anderung der Kapazität 4er Schutzelektroden und Änderung der
Gleichspannung in einem relativ großen Beneich bei der Einrichtung nach des Erfindung.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Alarineinrichtung, F i g. 2 eine,
Resonanzkurve" F i g. 3 eine vereinfachte Sr-haltung eines Phasendiskriminators,
F i g. 4 ein erstes Spannungs.diagramm zu F i g. 3,
F i g. 5
ein zweites Spannungs-diagramm zu F i g. 3,
F i g. #6 eine vereinfachte
Schaltung eines Ausführu.ngsbci5piele.s.
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Im Blockschaltbild der F i g, 1 ist der PanzerschrankR auf
IsolutorenJ auf einer den Bodenbelag bildend-en MriaBfolie F aufgestellt Der Panzerschrank
P und die Folien F sind derart an einem elektrischen Schwingungsgenerator
G angeschlossen, daß die Erdkapazität des Panzerschranküs einen Teil
der Schwingkreiskapazität des Generators bildet. Beim Eindringen einer Person
in den Feldraum des Panzerschrankes P wird das'Dielektrikum seiner Erdkapazität
und somit auch die Frequenz des Generators verändert, Die Generatorfrequenz wird
nun einem PhasendiskriminatorD zugeführt, der eine Abweichung Jer Generatorfrequenz
von der Grundfrequenz in eine Ausgangs-Gleiehspannung umsetzt, die der EndstufeB
zugeführt wird. Als Grundfrequenz
des Generators G ist die
Frequenz zu verstehen, die dieser bei einem von Gegenständen oder Personen freien
Feldraum der Erdkapazität des Panzerschrankes P erzeugt. Um nun zu verhindern, daß
die durch klimatische Einflüsse hervorgerufenen Änderungen der Erdkapazität des
Panzerschrankes P zu einer Alarmgabe führen, ist in der Endstufe E ein Differenzierglied,
beispielsweise ein Kondensator CD,
vorgesehen, so daß nur Kapazitätsänderungen
von einer bestimmten Mindeständerungsgeschwindigkeit ab zu einer Alarmgabe über
das Relais R führen. Die akustischen und optischen Alarmgeber AL werden dabei
über den Kontakt r dieses Relais gesteuert.
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In F i g. 2 ist die Resonanzkurve und der frequenzabhängige
Phasenwinkel q? eines Resonanzkreises dargestellt. Die Frequenz f ist auf
der Abszisse und die Schwingungsamplitude A sowie der Phasenwinkel q? sind
auf der Ordinate aufgetragen. Die Resonanzfrequenz fr des Kreises ist dabei in den
Koordinatenursprung gelegt. Die F i g. 2 soll dem Verständnis der Funktion
des im folgenden beschriebenen Phasendiskriminators dienen.
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Der Phasendiskriminator der F i g. 3 ist induktiv über die
Wicklungen üll, Ü13, ü14 der als übertrager ausgebildeten Schwingkreisinduktivität
des durch die ErdkapazitätC11 des zu schützenden Panzerschrankes abstimmbaren Oszillators
angekoppelt. Ü13 und Ü14 sind dabei zwei gleiche, jedoch gegensinnige übertragerwicklungen,
an deren Verbindungsleitungen der Schwingkreis ü22, C2 angeschlossen ist.
In einer in F i g. 3 nicht dargestellten Weise erfolgt an der Wicklung ü22
eine gegenüber der Oszillatorschwingung um 901 phasenverschobene Stromeinspeisung,
so daß für den Fall, in dem die Oszillatorfrequenz gleich der Resonanzfrequenz des
Schwingkreises ü22, C2 ist, die Spannung an der Wicklung ü22 senkrecht auf
den Spannungen an den Wicklungen ü13 und ü14 steht, wie es im Diagramm der
F i g. 4 dargestellt ist. Die Spannungen der Wicklungen ü 13 und
Ü 14 werden in F i g. 3
durch die Gleichrichter Gr 1
und Gr 2 gleichgerichtet und laden die beiden Kondensatoren C4 und C5,
denen
je ein Widerstand Wi4 und Wi5 parallel geschaltet ist, auf. Für den
Fall, daß die Oszillatorfrequenz gleich der Resonanzfrequenz des aus Ü22 und
C2 gebildeten Schwingkreises des Phasendiskriminators ist, entsteht zwischen
der Klemme K 1 und Erde eine Spannung Ul und an der Klemme K2 gegen Erde
eine Spannung U 2. Da auch der Schwingkreis Ü22, C2 mit seinem einen
Anschluß an Erde geführt ist, ergibt sich ein Spannungsdiagramm gemäß F i
g. 4. In dem Spannungsdiagramm der F i g. 4 steht also die Spannung
U22 der Wicklung ü22 senkrecht auf den beiden gegenphasigen Spannungen
U13 und U14 der Wicklungen Ü13 und ü14. Für diesen Fall sind
dann die beiden Klemmenspannungen Ul, U2
in ihrem Betrag gleich.
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Bei einer Abweichung der Oszillatorfrequenz von der Resonanzfrequenz
des Schwingkreises ü22, C2
der F i g. 3 ändert sich gemäß F i
g. 2 nicht nur die Amplitude A, sondern auch der Phasenwinkel T. Diese
Phasenverschiebung hat zur Folge, daß gemäß F i g. 5 die Spannung
U 22' der Wicklung ü 22 nun nicht mehr senkrecht auf den beiden Spannungen
U13 und U14 der Wicklungen ü13 und ü14 steht. Folglich sind
auch die beiden Klemmenspannungen Ul' und U2' in ihrem Betrag verschieden,
so daß an den Klemmen K 1 und K 2 der F i g. 3 ihre Differenzspannung
als Ausgangssignal abgreifbar ist. Diese Differenzspannung ist jedoch das Kriterium
für die Auslösung eines Alarms.
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Die gesamte Steuereinrichtung, die gemäß Fig. 1
aus dem Generator
G, dem Phasendiskriminator D
und dem Endgerät E besteht, ist
in F i g. 6 in einer vereinfachten Schaltung eines Ausführungsbeispieles
wiedergegeben. Durch den SchalterS wird die Betriebsspannung B eingeschaltet, und
der aus dem Transistor Tsl, dem übertrager mit den Wicklungen üll und ü12
' den Schwingkreiskapazitäten C 11
und C 12 und dem Widerstand
Wi 1 bestehende Oszillator schwingt auf einer Frequenz, die durch die RaumschutzkapazitätC
11 einstellbar ist. Die Emitter-Kollektor-Spannung des TransistorsTsl wird
über die aus C3 und W12 bestehende RC-Kombination in ihrer Phase um
90' gedreht und an die Basis des Transistors Ts2 gelegt. Wi3 ist der
Emitter-Widerstand dieses Transistors. Auf diese Weise wird in den zweiten übertrager
mit den Wicklungen ü21, ü22 und ü23 ein Strom eingespeist, dessen Phase gegen
den Oszillatorstrom um 901 verschoben ist. Dieser zweite übertrager bildet
die Induktivität eines Parallelresonanzkreises mit der Kapazität C 2.
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In der aus den Teilen ü13, Ü14, Ü22, Grl, Gr2, Wi4, Wi5,
C4 und C5 bestehenden Schaltungsanordnung wird in der für F i
g. 3 beschriebenen Weise eine Ausgangsspannung erzeugt, die von der Abweichung
der Oszillatorfrequenz von der Resonanzfrequenz des aus dem zweiten übertrager und
der Kapazität C2 gebildeten Resonanzkreises abhängig ist. Diese Ausgangsspannung
erfährt gegen die geerdete Plusleitung der Einrichtung durch die in der Wicklung
Ü23 des zweiten Übertragers erzeugte Spannung über den Gleichrichter Gr3
an der ParalleIschaltung des Widerstandes Wi6 mit dem KondensatorC6 eine negative
Anhebung, so daß der Transistor Ts3, an dessen Basis diese angehobene Ausgangsspannung
des Phasendiskriminators geführt ist, stets geöffnet bleibt.
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Die Schaltstufe mit dem Transistor Ts3 wirkt als Impedanzwandler.
An ihm tritt keine Spannungsverstärkung auf, und seine Emitterspannung entspricht
etwa seiner Basisspannung. In dem Emitterstromkreis des Transistors Ts3 liegt der
Widerstand Wi 7, an dem die Klemme K 3 zum Abgriff der Ausgangsspannung
dieser Schaltstufe angeschlossen ist. An die Klemme K 3 ist gemäß F i
g. 1 die Endstufe E
anzuschließen.