DE1566683B2 - Signaldiskriminator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Signaldiskriminator, insbesondere zur Sicherung von Räumen gegen Eindringen fremder Personen, mit einem Hauptkanal für ein Hauptsignal und einem Sperrkanal für ein Sperrsignal, welches die Durchgabe des Hauptsignals sperrt, wenn am Ausgang des Sperrkanals ein Sperrsignal wirksam ist.

Bei den bekannten Signaldiskriminatoren der bezeichneten Art US-PS 27 79 935 sind Hauptkanal und Sperrkanal an einen gemeinsamen Empfänger angeschlossen und zur Trennung von Hauptsignal und Sperrsignal mit entsprechend unterschiedlichen Frequenzsieben versehen. Dabei können vom Alarm jeweils nur fest vorgegebene Frequenzgebiete ausgeschlossen werden und auch nur für solche Störquellen, die, wie beispielsweise ein Telefonwecker oder eine Werkssirene, nur kurzzeitig wirksam sind. Außerdem besteht der Nachteil, daß während der Sperrung des Alarms Totzeiten entstehen, während welcher die Überwachung ausfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Signaldiskriminator der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der eine praktisch ununterbrochene Überwachung auch beim Auftreten von länger andauernden Störgeräuschen, etwa durch Motoren von Kühlschränken, gewährleistet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß Hauptsignal und Sperrsignal über Verstärker Modulatoren zugeführt werden, an die zur Modulation ein Wobbelfrequenzerzeuger für ein Modulationssignal zwischen einer unteren und oberen Grenzfrequenz angeschlossen ist, und daß die beiden modulierten Signale über selektive Übertragungsmittel für eine vorgegebene Frequenz (Prüffrequenz) den beiden Eingängen eines Tores zugeführt werden, das die Übertragung des Signals aus dem Hauptkanal sperrt, wenn das Sperrsignal am Sperreingang die gleiche, vorbestimmte Frequenzlage hat wie das Hauptsignal am Haupteingang, andernfalls dagegen das Hauptsignal zur Weiterverwertung z. B. an einen Alarmgeber durchgibt. Für den Zweck der Überwachung von Räumen gegen Eindringen fremder Personen beispielsweise wird die Einrichtung so ausgebildet, daß der Hauptkanal Eigensignale und Fremdsignale, der Sperrkanal im wesentlichen nur die Eigensignale führt. Beim Auftreten von Signalen derselben Frequenz in den beiden Kanälen wird das Tor gesperrt und die Alarmgabe oder sonstige Verwertung des Hauptsignals unterbunden, während beim Auftreten eines Signales nur im Hauptkanal das Signal vom Tor durchgelassen wird. Dabei dauert die Sperrung infolge der ständigen Frequenzwobbelung jeweils nur für die Zeit des Durchgangs im Störfre-

quenzbereich, während im übrigen Teil der Wobbelperiode die vom Hauptkanal geführten Signale, auch wenn sie die Störfrequenz mit enthalten, zur Alarmgabe durchgelassen werden.

Bei Anwendung der Erfindung für eine Einrichtung mit akustischer Alarmgabe liegt zweckmäßig die Differenzfrequenz zwischen der niedrigsten Wobbelfrequenz und der Prüffrequenz im oberen Bereich der Tonfrequenzen, z. B. bei 10 kHz, und die Differenzfrequenz zwischen der höchsten Wobbeifrequenz und der Prüffrequenz tiefer als die erste Differenzfrequenz, z. B. bei 2 kHz, während die Differenz zwischen der tiefsten und höchsten Wobbeifrequenz gleich der Differenz zwischen der hohen und der niedrigen Differenzfrequenz, im genannten Beispiel also gleich 8 kHz ist. ι s

Für die Raumüberwachung wird zweckmäßig ein Geräuschempfänger für den Hauptkanal an einer Stelle angeordnet, die sich besonders gut zur Überwachung gegen Eindringlinge eignet Eine oder mehrere andere Geräuschquellen, z. B. das Geräusch eines Kühlschranks, der in dem überwachten Raum liegt, lassen sich mit dem Diskriminator nach der Erfindung auf einfache Weise, praktisch ohne Inkaufnahme von Totzeiten, ausschließen. Ferner besteht der Vorteil, daß Eigensignale von der Alarmgabe ausgeschlossen werden, ohne auf ihre Frequenzlage eingestellte Filterelemente vorsehen zu müssen, da ihr Frequenzbereich durch die Wobbelung automatisch erfaßt wird, und zwar auch dann, wenn ihre Frequenz, wie z. B. bei Sirenen, Änderungen unterworfen ist.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

F i g. 1 zeigt eine Anordnung nach der Erfindung in einem Blockschaltbild und

F i g. 2 und 3 zeigen Teile der Schaltung nach F i g. 1. in ausführlicherer Darstellung.

Die Schaltung nach Fig. 1 enthält einen Hauptkanal 11 und einen Lösch- oder Sperrkanal 12. Durch eine Ausgangsspannung des Sperrkanals 12 über die Sperrleitung 13 wird ein Tor 14 über einen ersten Toreingang daran gehindert, ein gleichzeitig über eine Alarmleitung 15 auf einen zweiten Toreingang 15 zugeführtes Alarmsignal zu übertragen. Wird das Tor 14 dagegen nicht durch ein solches Sperrsignal gesperrt, so überträgt es das Alarmsignal über seinen Ausgang 16 auf einen Detektor 17 und einen Integrator 21, von dem nach einer vorgegebenen Zahl solcher Impulse ein Schmitt-Trigger 22 getriggert wird, der seinerseits ein Alarmrelais 23 zur Anzeige des Alarmzustandes betätigt. -

Jeder Kanal enthält ein Mikrophon oder einen: Empfänger 24Af und 24C Einander entsprechende Elemente in den beiden Kanälen 11 und 12 sind mit derselben Bezugsziffer versehen, aber mit anschließendem Af für den Hauptkanal und einem anschließenden C für den Sperrkanal. Die beiden Kanäle enthalten Verstärker 25Af und 25C einen Modulator 26Af und 26C, einen 22 kHz-Bandpaßverstärker 27M und 27C und einen Detektorverstärker 28M und 28C Den Modulationseingängen der Modulatoren 26Af und 26C wird eine Modulationsspannung aus einem spannungsgesteuerten Oszillator 31 zugeführt. Dieses Modulationssignal wird in der Frequenz von 12 kHz bis 20 kHz bei einer Wobbeifrequenz von 4 Hz, erzeugt durch einen 4-Hz-Wobbelgenerator 32, gewobbelt.

Beim Beginn einer Wobbeiperiode liefert der Oszillator 31 eine Frequenz von 12 kHz. Die Modulatoren 26Cund 26Af mischen dieses 12-kHz-Signal mit dem Tonfrequenzsignal aus dem Tonfrequenzverstärker 25Af und dem Tonfrequenzsignal aus dem Verstärker 25C An den Ausgängen der Modulatoren 26Af und 26C ergeben sich dadurch entsprechende Summenfrequenzsignale. Da die 22-kHz-Bandpaßverstärker 27Af und 27Cnur auf Komponenten ansprechen, die sehr nahe bei

22 kHz liegen, übertragen diese Verstärker ein Signal nur dann, wenn im Modulator ein 22-kHz-Modulationssignal auftritt, das einem Eingangssignal an den Empfängern 24Af und 24C von 1OkHz entspricht. Liegen solche Empfangssignale vor, so werden entsprechende Signale von den Detektorverstärkern 28Af und 28Cauf das Tor 14 gegeben.

Der Sperrkanalempfänger 24C ist nahe einer Geräuschquelle angeordnet, die keinen Alarm auslösen soll, im folgenden als Eigengeräuschquelle bezeichnet. Ist eine solche Eigengeräuschquelle, wie z. B. der Motor eines Kühlgerätes, in Betrieb und enthält eine 10-kHz-Komponente, so wird diese Geräuschkomponente von dem Hauptempfänger 24Af sowohl als auch dem Sperrempfänger 24C aufgenommen, und es liegen Signale sowohl am Signaleingang 15 als auch am Sperreingang 13 des Tores 14. Infolgedessen bleibt das Tor 14 gesperrt. Wenn dagegen eine 10-kHz-Komponente aus einer Fremdgeräuschquelle vorliegt, so tritt ein Signal nur am Eingang 5 auf, weil die Verstärkung im Sperrkanalverstärker 25 C soviel geringer ist als die Verstärkung im Hauptkanalverstärker 25Af, daß der Detektorverstärker 28C ein Sperrsignal nur liefert, wenn Strahlungen von einer nahegelegenen Eigengeräuschquelle vorliegen. Das Tor 14 wird in einem solchen Falle also nicht gesperrt, und der Tonfrequenzdetektor 17 liefert ein Signal an den Tonfrequenz-Impulsintegrator 21, der auf eine vorgeschriebene Zahl von Signalen aus dem Hauptkanal anspricht und auf diese Weise eine etwa vorhandene Fremdgeräuschquelle von einer Eigengeräuschquelle oder Störgeräuschquelle unterscheidet, so daß das Vorliegen einer Fremdgeräuschquelle durch Triggern des Schmitt-Triggers 22 und Ansprechen des Alarmrelais 23 zur Anzeige kommt.

Der oben beschriebene Vorgang vollzieht sich ständig durch die Modulation, welche die Eingangssignale an beiden Kanälen durch den Oszillator 31 mit seiner Wobbeifrequenz bis hinauf auf der Höchstfrequenz von 20 kHz erfahren. Liegt als Signalquelle nur die Eigengeräuschquelle vor, so gesellt sich zu jedem Ausgangssignal am Toreingang 15 ein gleichzeitiges Sperrsignal am Toreingang 13. Liegt dagegen zusätzlich ein Signal aus einer Fremdgeräuschquelle vor mit einer Frequenzkomponente, die in der Eigengeräuschquelle nicht vertreten ist, so liefert das Tor 14 ein Ausgangssignal in jeder Wobbeiperiode, bis eine ausreichende Zahl von Alarmimpulsen auf den Schmitt-Trigger 22 gekommen ist und löst dann das Alarmrelais

23 aus. ■-■.:-:

Durch Wahl der oberen Grenzfrequenz bei 20 kHz ergibt sich, daß das Signal genügend stark 2 kHz enthalten muß, um am Bandpaßverstärker 27Af ein Ausgangssignal von 22 kHz zu erzeugen. Das System arbeitet als Hochpaßfilter mit einem hohen Maß an Dämpfung im Sperrgebiet entsprechend der Dämpfung im 22 kHz-Bandpaßverstärker 27. In F i g. 2 ist ein schematisches Schaltbild für die in beiden Kanälen vorgesehenen Verstärker 25, Modulatoren 26 und 22-kHz-Bandpaßverstärker 27 dargestellt. Ferner ist auch ein Schaltbild des 4 Hz-Wobbeigenerators 32 und des spannunggesteuerten Oszillators 31 dargestellt. Da

diese Schaltungen alle von an sich bekannter Art sind, kann auf eine Beschreibung im einzelnen verzichtet werden.

Der 22 kHz-Bandpaßverstärker 27 arbeitet mit etwa 60-db-Verstärkung. Ein 22-kHz-Abstimmkreis ist in der negativen Rückkopplung vorgesehen, und eine positive Rückkopplung dient zur Multiplikation, so daß die 3-db-Bandbreite in der Größenordnung von weniger als 500 Hz ist. Dies bedeutet, daß die effektive 3-db-Grenze des durch das System gebildeten Hochpaßfilters bei etwa 1750 Hz liegt, wenn die obere Grenzfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 20 kHz beträgt.

In F i g. 3 ist ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform für den Hauptkanaldetektor-Verstärker 28Λ/, den Sperrkanaldetektor-Verstärker 28C, das i$ Tor 14, den Tonfrequenz-Impuls-Detektor 17 und den Tonfrequenz-Impulsintegrator 21 darstellt. Die Ansprechwelle am Ausgang für jeden der 22-kHz-Verstärker 27 liegt bei etwa 100 Millivolt. Wenn ein Signal empfangen wird, so wird diese Schwelle angehoben auf 300 oder 400 mV, so daß die 200-mV-Grenze eines Germanium-Transistors benutzt werden kann, um zwischen einem Ruhebereich von weniger als 200 mV und dem Ansprechbereich von mehr als 200 mV zu unterscheiden. Der Transistor Q 9 mit den zugehörigen Stromkreisen bildet den Hauptkanal-Detektor und -Verstärker 28M, wobei der Kollektor-Kondensator die Ausfilterung von unerwünschten Hochfrequenzkomponenten besorgt. Die Transistoren Q7, QS und Q10 mit den angeschlossenen Kreisen bilden das Tor 14. Der Transistor Q6 mit den angeschlossenen Kreisen bildet den Sperrkanal-Detektor und -Verstärker 28C

Wenn kein Signal im Sperrkanal vorliegt, so leitet der Transistor Q 8 und führt den Emitter des Transistors Q10 auf die +4-Volt-Linie Das Auftreten eines Signals am Eingang 32' des Hauptkanal-Detektors und -Verstärkers 27 M macht den Transistor Q 9 leitend, so daß sein Kollektor-Potential genügend stark absinkt, um den Transistor Q10 leitend zu machen und die Aufladung eines Kondensators 3Γ im Tonfrequenz-Impuls-Detektor 17 auf etwa 3 Volt zu starten, wodurch der Transistor QW im Tonfrequenz-Impuls-Detektor 17 abgeschaltet wird. Die Zeitkonstante dieses Stromkreises ist zweckmäßig so lang, daß der Transistor ζ) 11 zwischen den Wobbeiperioden nicht leitend wird. Die Zeitkonstante kann am Potentiometer 30 eingestellt werden.

Liegt am Eingang des Alarmsystems ein ständiger Ton vor, so bleibt der Transistor QW gesperrt. Bei der erstmaligen Sperrung des Transistors QW gelangt ein Impuls auf den Transistor ζ> 13, der zusammen mit den Transistoren Q 12 und Q14 und den angeschlossenen Stromkreisen den Tonfrequenz-Impuls-Integrator 17 bildet. Der Transistor <?13 bleibt gesperrt für eine vorgegebene Zeitspanne, die der Zeitkonstante des RC-Netzwerkes33 entspricht. Der Kollektorwiderstand des Transistors <?13, eingeschlossen das 20-kQ-Potentiometer 34 und den Transistor ζ>14, bilden eine Stromquelle zum Laden des integrierenden Kondensators 35, so daß das Potential dieses Kondensators linear ansteigt. Die Dauer dieser Aufladung wird bestimmt durch die Zeitkonstante des Stromkreises, der mit der Basis des Transistors Q13 und dem Potentiometer 34 verbunden ist.

Wenn der Transistor QW gesperrt ist, ist auch der Transistor Q12 gesperrt und sein Kollektorwiderstand und Transistor Q14 bilden ebenfalls eine Stromquelle. Die Kollektoren der Transistoren Q12 und Q13 sind gegeneinander isoliert durch eine Reihenschaltung von Dioden 36 und 37. Die Größe des Ladestromes aus dieser Stromquelle ist erheblich kleiner als aus der den Transistor Q13 einschließenden vorerwähnten Stromquelle. Diese vorerwähnte Stromquelle sorgt dafür, daß der Kondensator 35 geladen wird, wenn ein Fremdgeräusch über den Hauptkanal kommt, während die zweite Stromquelle mit Transistor Q12 zum Laden des Kondensators 35 dient, jedoch mit einem niedrigeren Ladestrom, sobald ein ständiger Ton empfangen wird, den ein Eindringling möglicherweise zu erzeugen versucht, um das Alarmsystem unwirksam zu machen. Wenn solch ein Dauerton empfangen wird, erfolgt zunächst eine Ladung durch die erstgenannte Stromquelle und danach des Kondensators35 durch die zweite Stromquelle. Diese zweite Ladung benötigt etwa 30 see. um den Kondensator 35 auf das Ansprechniveau aufzuladen.

Das Potentiometer 34 bestimmt die Zahl der Impulse, die der Transistor <?13 abgeben muß, um den Kondensator auf das Ansprechpotential aufzuladen. Bei Überschreiten dieser Ansprechschwelle wird der Schmitt-Trigger 22 angestoßen und betätigt seinerseits einen Relaistreiber 44 für das Alarmrelais 23. Der Kondensator 35 wird normalerweise über den Transistor ζ>15, über den normalerweise geschlossenen Stromweg der Alarmrelais-Kontaktanordnung 41 und über das Potentiometer 42 entladen. Der NPN-Transistor Q15 ist nur dann leitend, wenn der Hauptkanal 11 kein Fremdgeräusch führt. Nachdem Alarm ausgelöst worden ist, kann der Kondensator 35 über ein Potentiometer 43 und einen normalerweise offenen, dann aber geschlossenen Stromweg der Alarmkontaktanordnung 41 entladen werden, um erneut für eine Aufladung bei Auftreten eines Fremdgeräusches bereit zusein.

Der Sperrkanal 12 arbeitet infolgedessen so, daß er den Alarm verhindert, wenn die Eigengeräuschqueile zur selben Zeit eine Frequenzkomponente liefert, die dann auch durch den Hauptkanalempfänger 24M empfangen wird. Der Transistor Q 6 mit den angeschlossenen Stromkreisen bildet den Sperrkanal-Detektor-Verstärker 28C Wenn dieser Transistor an seiner Basis ein Signal bestimmter Frequenz empfängt; so wird er leitend und macht den Transistor Q 7 nichtleitend, der seinerseits den Transistor Q8 abschaltet, so daß der Kondensator 31 über die Reihenschaltung der Transistoren QlO und QS nicht aufgeladen werden kann. Dieser Zustand herrscht nur, solange während einer Wobbelperiode sowohl der Sperrkanal als auch der Hauptkanal Signale gleicher Frequenz führen. Empfängt der Hauptkanal-Empfänger 24M dagegen eine andere Frequenz, so kann sich der Kondensator 31 aufladen und die zum Alarm führenden Schritte einleiten.

Ein vollständiges Alarmsystem enthält ferner zweckmäßig auch zusätzliche Einrichtungen, wie z. B. zum Erzeugen eines Alarms bei Unterbrechung eines Kabels, ferner Mittel zur Stummschaltung, um das System durch eine Überwachungsperson außer Betrieb setzen zu können, insbesondere durch einen dazu vorgesehenen Schlüssel, ferner einen äußeren Alarmprüfer, vorzugsweise mit magnetischen Prüfkontakten, und Mittel zur Alarmauslösung bei Feuer sowie eine Prüfeinrichtung für die verschiedenen Funktionen des Gerätes. Solche Einrichtungen sind wohlbekannt und werden deshalb im einzelnen nicht beschrieben.

Die Alarmvorrichtung unterscheidet nicht nur emp-

findlich zwischen Eigen- oder Störgeräuschen und Fremdgeräuschen, durch die Funktion des vorgesehenen Hochpaßfilters wird auch die Möglichkeit falschen Alarms herabgesetzt, so daß ζ. B. die Alarmauslösung durch einen vorbeifahrenden Lastwagen verhindert wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Signaldiskrimina tor, insbesondere zur Sicherheit von Räumen gegen Eindringen fremder Personen, mit einem Hauptkanal für ein Hauptsignal und einem Sperrkanal für ein Sperrsignal, welches die Durchgabe des Hauptsignals sperrt, wenn am Ausgang des Sperrkanals ein Sperrsignal wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß Hauptsignal und Sperrsignal über Verstärker (25M, 25C) Modulatoren (26M 26C) zugeführt werden, an die zur Modulation ein Wobbelfrequenzerzeuger (31) für ein Modulationssignal zwischen einer unteren und oberen Grenzfrequenz angeschlossen ist, und daß die beiden modulierten Signale über selektive Übertragungsmittel (27M, 28M und 27C, 28C) für eine vorgegebene Frequenz (Prüffrequenz) den beiden Eingängen (15,13) eines Tores (14) zugeführt werden, das die Übertragung des Signals aus dem Hauptkanal (11) sperrt, wenn das Sperrsignal am Sperreingang (13) die gleiche, vorbestimmte Frequenzlage hat wie das Hauptsignal am Haupteingang (15), andernfalls dagegen das Hauptsignal zur Weiterverwertung z. B. an einen Alarmgeber (23) durchgibt.

2. Diskriminator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an das Tor (14) angeschlossene Signalprüfeinrichtung (17, 21) nur auf eine vorgegebene Folge von durchgegebenen Hauptsignalen anspricht.

3. Diskriminator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalprüfeinrichtung (17, 21) nur bei über eine vorgegebene Zeit andauernden Hauptsignalübertragungen anspricht.

4. Diskriminator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkanal (11) Eigensignale und Fremdsignale, der Sperrkanal (12) im wesentlichen nur die Eigen'signale führt.

5. Diskriminator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzfrequenz zwischen der niedrigsten Wobbeifrequenz und der Prüffrequenz im oberen Bereich der Tonfrequenzen und die Differenzfrequenz zwischen der höchsten Wobbeifrequenz und der Prüffrequenz tiefer als die erste Differenzfrequenz liegt, während die Differenz zwischen der tiefsten und höchsten Wobbeifrequenz gleich der Differenz zwischen der hohen und niedrigeren Differenzfrequenz ist.

6. Diskriminator nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Integrationskondensator (35) vorgesehen ist, der bei Beginn jedes vom Tor (14) durchgelassenen Hauptsignals von einer ersten Ladequelle (Q 13 ...) eine gewisse Ladung erhält und dem von einer zweiten Stromquelle (Q \2...) ein Ladestrom während der Dauer der Signalübertragung zugeführt wird, die vom Sperrsignal gesteuert wird.

7. Diskriminator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ladequelle einen ersten Transistor (Q 13) enthält, der bei Beginn jeder Hauptsignalübertragung leitend wird, und einen Zeitkreis (33) an der Basis dieses Transistors zur Bestimmung der zugehörigen Ladezeit, und daß die zweite Ladequelle (Q 14...) einen zweiten Transistor (Q 14) enthält, der leitend ist während der Dauer der Hauptsignalübertragung, und daß ein dritter Transistor (Q 15) vorgesehen ist, der während der Hauptsignalübertragung und wenigstens etwa

während der Dauer einer Wobbeiperiode der Überlagerungsfrequenz gesperrt wird, daß der dritte Transistor (Q 15) mit dem ersten Transistor (Q 13) über den Zeitkreis (33) gekoppelt ist, so daß der erste 'Transistor leitend wird, sobald der andere gesperrt wird, und daß der zweite Transistor bei Sperrung des dritten Transistors leitend wird.

8. Diskriminator ,nach; Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der^i Integrationskondensator von der ersten Ladequelle (Q 13 ...) wesentlich schneller als von der zweiten Ladequelle (Q 14 ...) aufgeladen wird.