DE1291271B - Kapazitive Alarmanlage - Google Patents

Kapazitive Alarmanlage

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DE1291271B
DE1291271B DEM72865A DEM0072865A DE1291271B DE 1291271 B DE1291271 B DE 1291271B DE M72865 A DEM72865 A DE M72865A DE M0072865 A DEM0072865 A DE M0072865A DE 1291271 B DE1291271 B DE 1291271B
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Stigmark Karl Adolf Lennart
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    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/22Electrical actuation
    • G08B13/26Electrical actuation by proximity of an intruder causing variation in capacitance or inductance of a circuit

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Burglar Alarm Systems (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine kapazitive Alarmanlage mit einer kapazitiven Meßbrücke vom Transformatortyp, die einen veränderbaren Abgleichwiderstand sowie Abgleichkondensatoren enthält, und mit drei Meßelektroden, von welchen zwei an die Enden der Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen sind und welche mit ihren Kapazitäten den Symmetriezustand der Brücke beeinflussen, durch den eine Signaleinrichtung steuerbar ist.
  • Eine solche kapazitive Raumschutz- bzw. Alarmanlage ist bereits aus der deutschen Auslegeschrift 1049 734 bekannt. Sie weist eine Brückenschaltung mit symmetrischen Zweigen auf: An das eine Ende der--Sekundärwicklung des Transformators ist eine Meßelektrode angeschlossen, während das andere Ende einerseits direkt mit einer zweiten und andererseits über einen fest einstellbaren Kondensator mit einer dritten Meßelektrode verbunden ist. Die Ausgangsspannung der Brücke wird verstärkt und in einen Meldekreis eingekoppelt, der über eine Kompensationswicklung des Transformators wieder auf die Eingangsspannung zurückwirkt. Mit dieser Anordnung ist weder eine sehr hohe Ansprechempfindlichkeit erzielbar noch die Möglichkeit gegeben, trotz längerer Leitungsführung durch verschiedene Räume hindurch bestimmte Zonen sicher zu überwachen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und eine Anlage von hoher Ansprechempfindlichkeit zu schaffen sowie ein und dasselbe Elektrodensystem sowohl durch überwachte als auch durch andere Zonen hindurchzuführen, ohne daß innerhalb der überwachten Zonen die hohe Empfindlichkeit gegenüber Kapazitätsänderungen beeinträchtigt würde, die beispielsweise davon herrühren, daß jemand in die überwachten Zonen eindringt oder ihren Raumzustand -verändert.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer kapazitiven Alarmanlage der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Brücke zugleich einen Resonanzkreis umfaßt, der- aus der Sekundärwicklung sowie einem dazu parallelgeschalteten veränderbaren Kondensator besteht, und daß die dritte, in an sich bekannter Weise zwischen den beiden mit der Sekundärwicklung verbundenen Meßelektroden oder in deren Nähe angeordnete und an die Anzeigeeinrichtung der Brücke angeschlossene Meßelektrode mit dem Abgriff des zwischen den Abgleichkondensatoren liegenden Abgleichwiderstandes verbunden ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Alarmanlage kann man nach Anschalten der Meßelektroden den Abgleich der Brückenzweige für sich durch Einstellen mindestens eines in einem Zweig enthaltenen Kondensators ausführen und dann den zur Sekundärwicklung des Transformators parallelgeschalteten Kondensator abstimmen, um Resonanz zu erhalten, ohne daß die bereits eingestellte Brückensymmetrie gestört wird. Dabei ist der Anschluß der dritten Meßelektrode, die sich zwischen den beiden anderen Meßelektroden oder in deren Nähe befindet, sowohl an die Anzeigeeinrichtung der Brücke als auch an den Abgriff des Brückenabgleichwiderstandes besonders vorteilhaft. Auf diese Weise erreicht man nämlich mit sehr kleinem Aufwand einen exakten Abgleich der Brücke ohne Störung der Resonanzabstimmung und umgekehrt eine genaue Resonanzabstimmung ohne Beeinträchtigung der Brückensymmetrie bei maximaler Ansprechempfindlichkeit und unter Aufrechterhaltung der Möglichkeit, das Elektrodensystem durch verschiedene Räume hindurchzuführen.
  • Zwar ist aus der deutschen Auslegeschrift 1167 229 bereits eine Raumschutzanlage bekannt, deren Meßelektroden in eine Brückenschaltung einbezogen sind, wobei eine Mittelelektrode mit der Anzeigeeinrichtung verbunden ist. Auch bei dieser Anlage, deren Hauptzweck die periodische überprüfbarkeit mittels eines in bestimmtem Rhythmus arbeitenden Zeitgliedes ist, fehlt jede Möglichkeit einer Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit im Wege einer Resonanz. Man hat sich im Gegenteil damit begnügt, zum Vorabgleich der Brücke einen zu einer Kapazität der Meßelektroden parallelgeschalteten veränderbaren Kondensator vorzusehen.
  • Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die dritte Meßelektrode sich ebenso wie die beiden anderen Meßelektroden durch voneinander räumlich getrennte Zonen fortsetzt, zwischen diesen als abgeschirmte Leitung verläuft und sich in ihrer Fortsetzung verzweigt, indem eine Abzweigung zusammen mit einer Außenelektrode in einer Außenelektrode in einer Zone und eine zweite Abzweigung zusammen mit der anderen Außenelektrode in einer anderen Zone angeordnet ist. Dadurch ist sichergestellt, daß die hohe Ansprechempfndlichkeit der erfindungsgemäßen Alarmanlage auch bei räumlich weitläufiger Anordnung der Meßelektroden voll gewahrt bleibt.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zur selektiven Anzeige einer Unsymmetrie an einer der Verzweigungen 'der dritten Meßelektrode an den Anzeigeausgang der Brücke ein Phasendetektor angeschlossen. Auf diese höchst einfache Weise ist es möglich, eine Störung in einem Gebiet von einer Störung in einer anderen Zone zu unterscheiden.
  • Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert, welche schematisch und teilweise in Blockform die Schaltungsanordnung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Alarmanlage zeigt.
  • Die in der Zeichnung veranschaulichte erfindungsgemäße Alarmanlage umfaßt eine kapazitive Meßbrücke vom Transformatortyp. Diese weist einen Transformator 10 auf, dessen Primärwicklung 11 an einen Oszillator U angeschlossen ist, der eine Wechselspannung mit einer Frequenz von beispielsweise 20 kHz liefert. Der Primärkreis des Transformators 10 enthält auch einen Kondensator 13 zur Abstimmung auf die Frequenz des Oszillators 12. Zwischen diesem und dem Transformator 10 kann eine Pufferstufe vorgesehen sein, um vom Primärkreis des Transformators herrührende Rückwirkungen auf den Oszillator 12 zu unterbinden.
  • Die Sekundärwicklung 14 des Transformators 10 bildet einen Teil der Meßbrückenschaltung und hat einen geerdeten Mittelabgriff 15, während ihre Enden mit je einer Meßelektrode 16 und 17 verbunden sind. Die Kapazitäten dieser Elektroden 16,17 in bezug auf eine Mittelelektrode 18 schließen den Brückenkreis. Um die Brücke abgleichen zu können, auch wenn die äußeren Kapazitäten zwischen den Meßelektroden 16 bis 18 nahezu oder gleich Null sind, ist zwischen den Enden der Sekundärwicklung 14 eine innere Impedanzbelastung angeschlossen. Diese besteht aus einem Paar Kondensatoren 19,20 und einem Abgleichwiderstand 21, die in Reihe geschaltet sind. Ähnlich dem Abgleichwiderstand 21 ist der Kondensator 20 veränderbar. Mittels dieser beiden Elemente läßt sich die Brücke im Leerlauf vollständig symmetrieren, wenn also äußere Kapazitäten nicht zwischen den Meßelektroden 16 bis 18 angeschlossen sind. Die Brückenausgangsspannung, welche bei vollem Abgleich der Brücke Null sein kann, wird zwischen dem Abgriff 22 des veränderbaren Widerstandes 21 und dem geerdeten Mittelabgriff 15 der Sekundärwicklung 14 abgenommen und einem Dreistufenverstärker 23 zugeführt. Der Verstärker 23 hat einen hochohmigen Eingang und eine hohe, beispielsweise etwa 3000fache Verstärkung. Er gibt sein Ausgangssignal an einen Phasendetektor 24 ab, der vom Oszillator 12 eine Bezugsspannung mit derselben Frequenz erhält. Ist die Brücke nicht abgeglichen, so liefert der Phasendetektor 24, der aus einem Paar geeigneter Dioden bestehen kann, eine Gleichspannung, deren Betrag und Vorzeichen von der Größe und Phasenlage der Unsymmetrie abhängig ist. Die Ausgangsspannung des Phasendetektors 24 wird, gegebenenfalls nach Verstärkung in einer zwischengeschalteten Verstärkerstufe, einer Anzeigeeinrichtung 25 zugeführt, welche z. B. als Galvanometer oder als polarisiertes Relais ausgebildet sein kann. Die Anzeigeeinrichtung 25 steuert ein Signalorgan 26, so daß bei nicht abgeglichener Meßbrücke ein Licht- und/oder Schallsignal erzeugt wird.
  • Parallel zur Sekundärwicklung 14 bzw. an die Meßelektroden 16 und 17 ist parallel zur Reihenimpedanz 19 bis 21 ein veränderbarer Kondensator 27 angeschlossen. Er dient dazu, den Sekundärkreis, d. h. die eigentliche Brückenschaltung, auf die Frequenz des Oszillators 12 abzustimmen. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Meßbrücke gegenüber Kapazitätsänderungen außerordentlich gesteigert.
  • Die beschriebene Alarmanlage kann als abgeschlossene Baueinheit mit eingebauter Stromquelle ausgeführt oder zum Anschluß an das Lichtnetz bestimmt sein. Sie kann sehr kompakt gehalten sein, indem die elektronischen Schaltungsteile unter Verwendung von Transistoren und gedruckten Leiterplatten als Steckeinheiten ausgeführt werden. Das Gerät kann übliche Kontrolleinrichtungen und Vorrichtungen zum Ein- und Ausschalten der Alarmanlage aufweisen. Zweckmäßig sind die Anschlußstellen für die Meßelektroden 16 bis 18 bequem zugänglich angeordnet.
  • Bei der dargestellten Anordnung sind die Meßelektroden 16 bis 18 mittels dreier durch geerdete Mäntel abgeschirmte Leitungen 161,171 und 181 angeschlossen. Diese Leitungen dienen zur Verbindung des Überwachungsgerätes mit einem von der Anlage zu überwachenden, örtlich von dem Gerät getrennten Gebiet. Da die abgeschirmten Leitungen 161,171 zum Kondensator 27 parallelgeschaltete Kapazitäten darstellen, wirken sie auf den Abgleichzustand der im Leerlauf symmetrischen Brücke nicht ein, wohl aber auf deren Abstimmung auf die Oszillatorfrequenz. Durch Einstellen des Kondensators 27 (Verringerung seiner Kapazität) kann man die Kapazität der abgeschirmten Leitungen 161,171 ausgleichen und somit die Brücke nach Anschluß der Leitungen neu abstimmen. Anschließend ist das Elektrodensystem in Form dreier isolierter, jedoch nicht abgeschirmter Leitungen 162,172 und 182 durch eine Zone 28 geführt, die beispielsweise ein Raum oder ein Teil eines Raumes sein kann. Um die im allgemeinen nicht gleichen gegenseitigen Kapazitäten zwischen dem Mittelleiter 182 und jedem der Außenleiter 162,172 zu kompensieren, muß die Brücke neu symmetriert werden, was leicht durch Einstellen des Kondensators 20 und des Abgriffes 22 am Abgleichwiderstand 21 erfolgen kann. Dieser Abgleichzustand kann nun durch Änderungen in der Umgebung der Leiter 162,172,182 innerhalb der Zone 28 gestört werden, beispielsweise durch Betreten des betreffenden Raumes. Atmosphärische Veränderungen haben hingegen auf den Symmetriezustand der Brücke keinen Einfluß, weil sie auf die beiden Kapazitäten der Leiter 162,172, in bezug auf den Mittelleiter 182 in gleicher Weise einwirken.
  • Von der Zone 28 ist das Elektrodensystem in Form abgeschirmter Leitungen 163,173,183 weitergeführt. Von diesen aus verzweigt sich das Elektrodensystem, indem von den Leitungen 163,183 aus nicht abgeschirmte, isolierte Leiter 164,184 in eine Zone 29 führen sowie nicht abgeschirmte, isolierte Leiter 175,185 in eine Zone 30. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Kapazität zwischen den Elektroden 164 und 184 ohne äußere Störung die gleiche ist wie zwischen den Elektroden 175 und 185. Ein Unterschied im Dielektrikum der Atmosphäre in der Zone 29 gegenüber der Zone 30 bewirkt selbstverständlich eine Differenz der Kapazität in den beiden Abzweigungen des Elektrodensystems und infolge der Unsymmetrie der äußeren Kapazitäten eine Störung des Brückenabgleichs. Wo man nicht mit der Möglichkeit einer solchen Differenz zu rechnen braucht, ergibt die Verzweigung des Elektrodensystems bei der erfindungsgemäßen Alarmanlage den interessanten Vorteil, daß man beim Alarmsignal eine Störung in der Zone 29 von einer Störung in der Zone 30 unterscheiden kann. Am Phasendetektor 24 treten dann nämlich Spannungen mit verschiedenen Vorzeichen auf, da die Leiter 164,184 bzw.175,185 verschiedenen Brückenarmen angehören. Die Anzeigeeinrichtung 25 kann so ausgebildet sein, daß sie auf Spannungen verschiedener Vorzeichen unterschiedlich anspricht, so daß man an Hand des abgegebenen Signals feststellen kann, an welcher Stelle die Störung stattgefunden hat, beispielsweise auf der »linken« oder auf der »rechten« Seite des Elektrodensystems. Dieses endigt in Form nicht abgeschirmter, isolierter Leiter 166,176,186 in einer Zone 31, wobei die Anordnung derjenigen der Leiter in der Zone 28 entspricht.
  • An die erfindungsgemäße Brückenanordnung können, wie ersichtlich, Elektrodensysteme verschiedenartiger Formen und Anordnungen angeschlossen werden. Dabei ist es möglich, die Empfindlichkeit in bezug auf äußere Störungen auf voneinander getrennte Zonen zu beschränken, wobei die in sich symmetrische Meßbrücke zur Kompensation einer Unsymmetrie des Elektrodensystems durch die Abgleichelemente 20 bzw. 21, 22 nachabgeglichen werden kann. Mittels Einstellen des Kondensators 27 kann die Abstimmung des Brückenkreises entsprechend der durch die abgeschirmten Leitungen gegebenen Kapazität aufrechterhalten werden.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Kapazitive Alarmanlage mit einer kapazitiven Meßbrücke vom Transformatortyp, die einen veränderbaren Abgleichwiderstand sowie Abgleichskondensatoren enthält, und mit drei Meßelektroden, von welchen zwei an die Enden der Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen sind und welche mit ihren Kapazitäten den Symmetriezustand der Brücke beeinflussen, durch den eine Signaleinrichtung steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke zugleich einen Resonanzkreis umfaßt, der aus der Sekundärwicklung (14) sowie einem dazu parallelgeschalteten veränderbaren Kondensator (27) besteht, und daß die dritte, in an sich bekannter Weise zwischen den beiden mit der Sekundärwicklung verbundenen Meßelektroden (16,17) oder in deren Nähe angeordnete und an die Anzeigeeinrichtung (23 bis 26) der Brücke angeschlossene Meßelektrode (18) mit dem Abgriff (22) des zwischen den Abgleichkondensatoren (19, 20) liegenden Abgleichwiderstandes (21) verbunden ist.
  2. 2. Alarmanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Meßelektrode (18) sich ebenso wie die beiden anderen Elektroden (16,17) durch voneinander räumlich getrennte Zonen (28 bis 31) fortsetzt, zwischen diesen als abgeschirmte Leitung (181, 183) verläuft und sich in ihrer Fortsetzung verzweigt, indem eine Abzweigung (184) zusammen mit einer Außenelektrode (164) in einer Zone (29) und eine zweite Abzweigung (185) zusammen mit der anderen Außenelektrode (175) in einer anderen Zone (30) angeordnet ist.
  3. 3. Alarmanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur selektiven Anzeige einer Unsymmetrie an einer der Verzweigungen (184, 185) der dritten Meßelektrode (183) an den Anzeigeausgang (22,15) der Brücke ein Phasendetektor (24) angeschlossen ist.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1049743B (de) * 1959-01-29
DE1167229B (de) * 1960-12-28 1964-04-02 Siemens Ag Raumschutzanlage mit in eine Brueckenschaltung einbezogenen Messelektroden und periodischer UEberpruefung der Anlage

Patent Citations (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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GB1119007A (en) 1968-07-03

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