DE1566723A1 - Raumueberwachungsanlage - Google Patents

Description

24Löbedc. 12. April 1967

Breite Straße 52-54 Fernruf: Lübeck (0451) 75888 Curau (04505) 210 (Privat) Dr. Hugo Wiidcen Patentanwalt W/Sto ■

Anmelders

Johannes Rode, 2 .Hamfburg 73, Schweriner-Str. 11

Raumüberwachungsanlage

Bei bekannten Überwachungsanlagen werden in den zu sichernden Raum entweder 'hochfrequente Schallwellen oder elektromagnetische Wellen gestrahlt, die nach Ref lexi-anen von Wänden oder Objekten im Raum von einem Empfänger aufgenommen werden. Die Bewegung einer sich im überwachten Bereich "bewegenden Person bzw. eines im Strahlungsbereich bewegten G-egenstandes wird im allgemeinen dadurch ermittelt, daß die Frequenz der reflektierten Wellen mit. der Frequenz der ausgesendeten Wellen verglichen wird. Im Fall einer im Raum auftretenden Veränderung durch eindringende Personen öd- dgl« haben die vom sich bewegenden Objekt reflektierten Wellen eine Frequenz, die von der oenderfrequenz abweicht, wobei die Frequenzänderung gewöhnlich durch den Dopplereffekt bedingt ist und als Dopplerfrequenz bezeichnet wird. Um nun solche Dopplerfrequenzen festzustellen, werden z.B. das empfangene und ausgesendete Signal in einer Mischstufe gemischt, und bei Abweichung der Frequenzen beider Signale voneinander tritt am Ausgang dieser Stufe ein Dopplerfrequenzsignal auf, welches zur Alarmauslösung verwendet wird ο Da sich jedoch die evtl. in den Raum eindringenden Personen mit wesentlich geringerer Geschwindigkeit bewegen ala die

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Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen beträgt, ist die Differenzfrequenz sehr tief. Zur erzielung einer ausreichenden Empfindlichkeit derartiger Anlagen ist aber eine empfangsseitige Verstärkung nötig, die für so tiefe Frequenzen aufwendige Einrichtungen erfordert.

Es sind auch schon Überwachungsanlagen bekannt, bei denen in den zu sichernden Raum ein von einem Generator über geeignete Elektroden erzeugtes elektromagnetisches PeId gleichbleibender Intensität ausgestrahlt wird, welches einen Empfänger beeinflußt, wobei durch Änderung der Feldstärke am Empfangsort durch in den Raum eindringende Personen die Empfangsspannung beeinflußt wird, wodurch wiederum Schaltmittel zur Auslösung eines Alarms betätigt werden. Andererseits wird auch schon die Rückwirkung auf den Schwingungserzeuger des Senders derart ausgenutzt, daß die Schwingungen unter dem Einfluß von Dämpfung oder Verstimmung aussetzen oder daß bei Röhrenoszillatoren die Änderung des Gitterstromes direkt oder über die Beeinflussung einer zur Erhöhung der Empfindlichkeit eingeführten Pendelfrequenz zur Auslösung eines Alarmsignals herangezogen wird. Derartige Einrichtungen sind aber in ihrer Betriebssicherheit durch äußere Störungen, die nicht mit der Überwachungsaufgabe im Zusammenhang stehen, beeinträchtigt, wenn ein gesonderter Empfänger verwendet wird· Bei bekannten Anlagen, bei denen die Rückwirkung auf den Schwingungserzeuger selbst verwertet wird, ist entweder die Empfindlichkeit und damit die Reichweite auf niedrige Werte beschränkt, die den praktischen Anforderungen meistens nicht genügen, oder der Betriebszustand solcher Geräte ist unter dem Einfluß nicht kontrollierbarer und für die Aua-

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wertung nicht interessierender Zustandsänderungen häufiger Störungen ausgesetzt.

Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer mit elektromagnetischen Feldern arbeitenden Raumüberwachungsanlage, bei der kein gesonderter und störanfälliger Empfänger eingesetzt zu werden braucht und mit der bei optimaler Betriebssicherheit eine zuverlässige Signalgabe über große Entfernungen erzielbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei der eingangs erwähnten Anlage die Senderausgangsspannung bzw. der Sender moduliert ist« Die aus den Reflexionen entstandenen Schwingungen führen dann ebenfalls die Modulation und können der Sender-Ausgangsspannung überlagert werden. Der resultierenden Spannung entspricht somit auch eine resultierende Modulatlonaspannung® Ändern sich die Reflexionsbedingungen im überwachten Raum, z.B. durch Bewegung eines reflektierenden Gegenstandes, so treten entsprechende Veränderungen der resultierenden Spannung und wegen des unbeeinflußten Modulationsgrades auch der Modulationsamplitude auf. Nach der Demodulation erhält man eine aus der Sender-Modulation stammende Wechselspannung, die bei Änderung der Reflexionsbedingungen selbst eine Modulation erfährt, deren Frequenz der Differenz zwischen den ausgestrahlten und ankommenden reflektierten Schwingungen entspricht.

Die Verstärkung einer Wechselspannung nach der Demodulation ist technisch sicherer zu beherrschen als die Verstärkung einer Gleichspannung, wie man sie beim Betrieb mit nichtmoduliertem Sender erhalten würde« Ein besonderer Vorteil des Gegenstandes nach der Erfindung ist es, daß der Verstärker selektiv

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für die Modulationsfrequenz ausgebildet sein kann, was die Störanfälligkeit stark herabsetzt.

Zur optimalen Ausnutzung der ankommenden Reflexionsschwingungen bei der Demodulation ist es zweckmäßig, Verbin-r dungsleitungen für die Hochfrequenz zwischen Antenne und Demodulator zu vermeiden} deshalb kann die Antenne unmittelbar an den Senderausgang, an dem sich auch der Demodulator befindet, angeschlossen werden.

Nach der Verstärkung, Transformation und Gleichrichtung steht zur Auswertung eine Gleichspannung zur Verfügung, auf der sich die durch Änderung der Reflexionsbedingungen entstandene Modulation abbildet. Um die Auswertung nicht interessierender und störender Zustandsänderungen zu vermeiden, kann nach der Erfindung der zur Auswertung dienenden Endstufe ein Differenzierglied vorgeschaltet werden, dessen Zeitkonstante so groß gewählt ist, daß die bei der kleinsten praktisch vorkommenden Bewefungsgeschwindigkeit des Reflexionsgegenstandes auftretende Änderung der Gleichspannung am Verstärkerausgang noch zur Auswertung kommt, wehrend langsame ZusOandsänderun/ren (z.B. durch klimatische Einflüsse, Alterung von !Bauteilen etc. bedingt) unwirksam blei Leu. Störungen durch sehr schnelle Zustandsänderungen können nach der Erfindung dadurch unterdrückt werden, ' daiB ein Tiefpaß vorgesehen wird, dessen Grenzfrequenz so gewählt v.ird, daß die größte Änderungsgeschwindigkeit, die bei der vorliegenden Aufgate zur Überwachung von Räumen praktisch erwartet werden kann, noch unreschwächt zur Auswertung kommt.

Eingriffe in He Anlage mit iem Zweck, ihre Wirksamkeit zu schwächen oder ganz zu unterbinden, müssen rechtzeitig zu

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erkennen sein, entweder sofort durch eine,Alarm-.oder Störungsmeldung oder, sofern ein Eingriff im ausgeschalteten Zustand der Anlage vorgenommen wurde, spätestens durch eine Anzeige "bei ,.der Einschaltung. Erfolgt die "betriebsmäßige Auswertung über ein Differenzierglied, dann erscheint ein Signal jedoch vorübergehend bei jeder Einschaltung mit einer Dauer, die im wesentlichen durch die Zeitkonstante des Differenziergliedes bestimmt ist. Bas Signal tritt unabhängig von dem technischen Zustand des vor dem Differenzierglied liegenden Anlagenabschnittes auf, zu dem in diesem Fall die Antennenanordnung, d.er Sender mit Modulator und Demodulator sowie die Verbindungsleitung zum Verstärker und der Zentrale gehören» für diesen Abschnitt ist die Überwachung gegen Eingriffe, die ein Sindringen in den zu sichernden Raum ohne die Gefahr einer Alarmauslösung ermöglichen sollen, jedoch gerade wichtig.

Erfindungsmäßig kann diese Aufgabe in folgender Weise gelöst Werdens Der Ausstauer^ungsbereich des vor dem Differenzierglied liegenden Verstärkers wird für den normalen Betrieb, d.h. für die dynamische Auswertung nur zu einem sehr kleinen Teil in Anspruch genommen« Betriebsmäßige Veränderungen in der Anlage können darüber hinaus langsame Verlagerungen des Arbeitspunktes verursachen, ohne daß dadurch die Wirksamkeit der Anlage herabgesetzt ist. Dies kennzeichnet den normalen Betriebsbereich. Für größere Veränderungen der Verstärkeraussteuerung ist ein Pfad vorgesehen, der das Differenzierglied umgeht und daher ein bleibendes Signal ermöglicht. Die erforderliche Steuergröße liefert der Verstärkerausgang, wo sich alle Verände rungen des zu überwachenden Anlagenabschnittes abbilden. Da

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die Verstärkerausgangsspannung unter dem Einfluß betriebsstörender Singriffe den zulässigen Aussteuerungsbereich sowohl unterwie auch überschreiten kann (z.B. bei Abtrennung der. Antenne oder von Teilen derselben sowie bei Fremdbeeinflussung durch Störsender), wurden bei der Ausbildung der Umgehung des Differenziergliedes erfindungsgemäß Leide Fälle berücksichtigt, indem ein Amplitudendiskriminator die Grenzen des differenzierten Betriebsbereiches nach oben und unten bestimmt.

In der auf das Differenzierglied folgenden Auswertestufe werden die sehr schwachen Ausgleichströme des Differenzierkreises mit der tiefen Frequenz, die sich aus der geringen Differenz aus der ausgestrahlten und der reflektierten Schwingung ergibt, mit Hilfe einer Diodenbrücke, die von einem Brückenoszillator mit der Frequenz ί'_Ώ gespeist wird, in Wechselströme dieser Frequenz umgewandelt und als solche weiterverstärkt, um eine Schaltstufe zur Auslösung eines Alarmsignals durohsteuern zu können.

An Hand der beiliegenden Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung darstellt, sei die Arbeitsweise in folgendem näher erläutert.

Der Oszillator 1 erzeugt die Hochfrequenzschwingungen mit der Frequenz f_H und steuert damit die Endstufe des Senders mit den. Transistor 3 als Verstärkerelement und dem Kreis 4 als ' Übertragungsglied und Selektionsmittel, Der Oszillator 2 erzeugt die Modulationsschwingung mit der Frequenz f„» die die Hochfre-

quenzschwingung in der Sender-Endstufe moduliert. In diesem Ausführungsbeispiel wurde die Amplitudenmodulation gewählt, es können aber auch andere Modulationsarten verwendet werden.

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Die Antennenanordnung 5 ist an den Kreis 4 angeschlossen, an der gleichen Stelle liegt die Diode 6. Diese richtet die resultierenden HF-Schwingungen gleich, so daß hier eine Wechselspannung der Modulatorfrequenz f« gewonnen wird, die nun mit einer Frequenz moduliert ist, die sich aus der Differenz zwischen ausgestrahlten und reflektierten HP-Schwingungen ergibt, wenn ein reflektierender Körper sich im überwachten Feldbereich "bewegt. Über den Kondensator 7» der die am Widerstand 8 stehende Gleiohspannung abtrennt, und über ein Verbindungskabel 9 wird diese Spannung der Zentrale mit dem für f„ e&ektiven Verstärker 1C zugeführt, im Ausgangsübertrager 11 herauftransformiert und mit der Diode 12 gleichgerichtet. Widerstand 13 und Kondensator 14 "bilden den Tiefpaß, der, wie erwähnt, schnelle Zustandsänderungen für die Auswertung unwirksam macht. Der Widerstand 15 schließt den Gleichstromkreis a"b und dient gleichzeitig als Regler für die Empfindlichkeit und damit für den Wirkungsbereich der Anlage. Der Kondensator 16 führt zur Diodenbrücke 17 der Auswertestufe und bildet mit dieser das Differenzierglied. Zur Speisung der Diodenbrücke dient der Oszillator 18 mit der Frequenz . f_.

Die durch Änderung der Reflexionsfcedingungen entstehende Modulation der Gleichspannung am Verstärkerausgang führt zu entsprechenden Auegleichst reime η im Differenzierglied, die in bekannter Weise die Diodenbrücke verstimmen, so daß in ihrer Diagonale eine Y/echselspannung mit der Frequenz f auftritt, die vom übertrager 19 dem Verstärker 2C zugeführt wird, der die Schaltstufe 21 zur Betätigung des Alarmrelais 22 steuert.

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Aus einer anderen Wicklung des Übertragers 11 wird mit der Diode 23 eine weitere, der Aussteuerung des Verstärkers 10 annähernd proportionale Gleichspannung erzeugt, die in folgender Weise dem Zustandekommen von Ausfallmeldungen nach betriebestörenden Eingriffen dient« Die am Spannungsteiler 25 abgegriffene Spannung ist so gewählt, daß beim Überschreiten des für den differenzierten Betrieb vorgesehenen Aussteuerungsbereiohee die Zenerdiode 29 leitend wird und den Weg zur Auesteuerung der Schaltstufe 21 freigibt. Der Widerstand 24 und damit die Steuerung des Transistors 26 mit Kollektorwideretand 28 Bind so gewählt, daß beim Unterschreiten des für den differenzierten Betrieb vorgesehenen Aussteuerungsbereiches seine Kollektorspannung über die Zenerspannung der Diode 27 hinaue ansteigt, so daß dann auf diesem Wege die Aussteuerung der Sohaitstufe 21 zur Signalgabe erfolgt.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims (1)

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   Anmelder s Johanna« Rod·

   Patentanspruch·

   1· Anlag· zur Sicherung und Überwachung von Räumen alt Hilfe von duroh einen Sender in den zu überwachenden Raum abgestrahlten elektromagnetischen Wellen, die nach Reflexion an bewegten Segenständen im Raun und Rückkehr zum Sender Differenzfrequenzen bilden, die zur Alarmauslösung verwertet werden» dadurch gekennzeichnet, daß der Sender moduliert ist.

   2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus ausgestrahlten und reflektierten Schwingungen resultierenden Hochfrequenzschwingungen gleichgerichtet und einem für die Modulationsfrequenz selektiven Verstärker zugeführt werden«

   3· Anlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch RC-Glieder schnelle und langsame, für die Auswertung nicht interessierende Zustandsänderungen unterdrückt werden«

   4· Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzschwingungen nach Gleichrichtung der Modulationsfrequenzen über ein Differenzierglied einer duroh Ausgleiohsatröme im Differenzierglied verstimmbaren Diodenbrüoke zugeführt werden«

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   5. Anlage nach tint» oder mehreren dar Anaprliohe X 4t dadurch gekenmt lohnet, daß ein Tail dar Veratärkerapsnnung unter Umgehung daa Difftremiergliedea und der DiodenferUeke einem mit dem Alarmaohaltkreia verbundenen ABplitudendiakrimin»- tor »ugeflihrt wird, der beim Über- oder Untersohreiten dea vorgesehenen Veratärkerauaateuerberoiohea durohgeeteuerfc wird.

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