DE1766574A1 - Einrichtung zum Feststellen,ob Lebewesen oder Gegenstaende in abgegrenzte Bereiche eindringen - Google Patents

Description

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BIFL. DiG. B. HOLZEB 89 AUGSBURG

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, den

.esbinghouse Electric Corporatior, 5 Gateway Center, fh, Pei'nsylvauia, Yereini^ue ota.--.ten vor Amerika

jiinrichbung zuin Feststellen, ob Lebewesen oder Gegenstände In abgegrenzte Eareiche eindringen

Die iirfindung betrifft oiebarhuittjüi^g und bezieht sich im einzelnen auf iSiurichtiiri^en zum Feststellen, ob Lebev;eaen oder Geßennti'nde in ab;;egrenzte Bereiche eindringen. (jgiucR einem typiuchon Anwendimgübelü dorartigor öinrichturK-ei! haben diese die Aufgabe, fe..;t-, ob Peri3orien oder Geyanotiinde eine Um: r

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bzw. Grenze eines geheimhaltungsbedürftigen Bereiches überschreiten und versuchen, in den betreffenden Bereich einzudringen.

Bekannte Sicherheitssignalanlagen mit elektrischen oder elektromagnetischen Detektoren haben die Form fotoeletctriocher Elemente bzw. Mikrowellengeräte bzw. von auf liirschütterungen ansprechenden Detektoren. Die bekannten üiinrichtunsen erfüllen jedoch die nachfolgend aufgeführten, an Überwachungseinrichtungen zu stellenden Forderungen nicht im zufriedenstellendem iiäaße. Im einzelnen sind folgende Forderungen zu erfüllen:

1) Sicherheitssignalanlagen bzw. Alarmanlagen sollen auch heimliche Versuche zur Überschreitung der zu schützenden Umgrenzung feststellen können, beispielsweise soll dann Alarm gegeben werden können, wenn beispielsweise Personen kriechend, sich anschleichend oder sich in anderer Weise heimlich fortbewegend einen bestimmten Bereich innerhalb der zu überwachenden Umgrenzung zu überqueren versuchen oder wenn sich unbelebte Gegenstände entweder selbsttätig oder ferngesteuert über diesen Bodenbereich bewegen.

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2) Die üiinrichtung soll einen Detektor enthalten, welcher vollständig verborgen ist.

5) Der Detektor soll auch dann Alarm in der Alarmanlage auslösen, wenn der Versuch gemacht wird, den Detektor zu zerstören oder außer Betrieb zu setzen oder irgendeine der Verbindungen des

Detektors zur Alarmanlage zu zerstören oder außer A

Betrieb zu setzen.

4) Der Detektor soll möglichst wenig Unterhalt erfordern.

5) Die Einrichtung soll so ausgebildet sein, daii

mit einer möglichst tjeringen Anzahl von Detektoren und mit minimalem apparativem Aufwand hinsichtlich der Signalanlage eine überwachung eines großen

f Bereiches müglich ist. ^

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o. Die Einrichtung soll gegenüber Störungen, welche außerhalb des überwachten Bereiches auftreten, unempfindlich sein, doch innerhalb des genannten Bereiches gleichzeitig eine sehr hohe Empfindlichkeit aufweisen.

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7) Die Einrichtung soll eine Fehlersicherheitsschaltung aufweisen und durch Alarm anzeigen, wenn ein Fehler oder eine Beschädigung an irgendeinem der Detektoren oder einem anderen Teil der Einrichtung auftritt.

Nachdem die Erfüllung der vorstehend aufgeführten Forderungen für LJberwachungs einrichtung en ausnahmslos von wesentlicher Bedeutung ist, entsprechende bekannte Einrichtungen Jedoch nicht zur Erfüllung dieser Forderungen geeignet sind, soll durch die Erfindung die Aufgabe gelöst werden, bei 'überwachungseinrichtungen die Erfüllung der genannten Bedingungen zu erzielen.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einer Einrichtung zum Feststellen, ob Lebewesen oder Gegenstände in abgegrenzte Bereiche eindringen, mit einem längs einer Umgrenzung in den Boden eingrabbax'en, flüssigkeitsgefüllt ein System nachgiebiger Röhren aus, an welche jeweils Empfangssignalumformer angeschlossen sind, die auf von der Flüssigkeit aufgenommene Impulse ansprechen. Die Lösung der obengenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß das Röhrensystem ZvVei nebeneinander mit gegenseitigem Abstand angeordnete

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Höhren aufweist, auf Druckwellen unterschiedlich ansprechen, die von einer sich über die Röhren hinwegbewegenden ib t or ungs quelle verursacht werden, und daß jeder dieser Höhren zumindest ein Empfangsimpulsumformer zugeordnet ist, der mit einer Alarmanlage verbunden ist, in welcher jedesmal dann Alarm ausgelöst wird, wenn über die Flüssigkeitsfüllung der Röhren unterschiedliche Impulse an die jeweils zugehörigen Emp fangs imp ulsuiiif or mer gelangen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten .die Empfangsimpulsumformer jeweils einen piezoelektrischen Kristall, welcher an entsprechenden Ausgangsanschlüssen jeweils dann ein elektrisches Potential darbietet, wenn ein Druck auf den kristall einwirkt. Hierfür geeignete Kristalle bestehen aus Blei-Zirkonium-Titanat, Bariumtitanat oder Quarz oder ähnlichen Werkstoffen. Im Rahmen der Erfindung können aber auch Impulsumformer anderer Bauarten verwendet werden. Beispielsweise können die flüaßigkeitsgefüllten Röhren in einem Differential- «aformer mit linearer Charakteristik, welche Bauart im allgeaieinözi als LVDT-Umformer bezeichnet wird, endigen, οάβν aie können zu einem hochempfindlichen Kondensator

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führen, dessen Plattenabstand durch die Flüssigkeitsinipulse verändert wird. Die von einer flüssigkeitsgefüllten Rühre und dem zugehörigen Eingangsimpulsumformer gebildete Anordnung arbeitet auf akustische .'/eise. Der Schall bzw. der mechanische Druck beispielsweise der Schritte eines sich nähernden Eindringlings verursacht in den Rohren Druckimpulse, welche sich in der Flüssigkeit innerhalb der betreffenden Röhre fortpflanzen. Diese Impulse erzeugen jeweils elektrische Potentiale, welche dazu dienen, ein Alarmsignal auszulösen. Detektoren der vorstehend kurz beschriebenen Art sind in der Lage, auch sehr schwache, aus dem Verborgenen kommende Schalloder Druckstörungen festzustellen, welche bei dem heimlichen Versuch, eine zu überwachende Grenze zu überschreiten, hervorgerufen werden, wenn beispielsweise eine Person sich kriechend nahe der oder über die Grenzlinie hinweg bewegt. Die Frequenzen der Schallwellen können sehr niedrig liegen oder im Infraschallbereich auftreten oder die Impulse können aperiodisch auftreten.

Die erfindungsgemäße Einrichtung fcann mit Mitteln ausgestattet sein, welche eine Prüfung ermöglichen, ob die Einrichtung unbeschädigt bzw. arbeitsbereit ist. Zu diesem Zwecke sind an die jeweils gegenüberliegenden Enden der flüssigkeitsgefüllten Röhren jeweils mit der

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Flüssigkeitsfülluns in Verbindung stehende Frageimpulsuinformer angeschlossen. Diese Impuls umformer können mit einer Fragesignalspannung beaufschlagt werden, jilrfolgt eine Erregung der Fragesignalumformer mit einer solchen Signalspannung, so teilt der betreffende Fragesignaluinformer der Flüssigkeit in der betreffenden Röhre Druckimpulse mit, weiche längs der Flüssigkeit zu dem iim^fangsimpulsumformer am anderen Höhrenende gelangen, der seinerseits sonst zur Aufnahme der von den betreffenden Eindringling verursachten Geräusche dient. Der Empfangsimpulsumf urmei¹ spricht auf die Abfragesigiiale an und erzeugt eine Anzeige, welche meldet, daß die Anlage betriebsbereit ist, so daß eine die Anlage beaufsichtigende Person standig über den betriebsbereiten Zustand der überwachungseinrichtung iijformiert v/erden kann.

Erfindungsgemäß wird dadurch eine besondere Empfindlichkeit gegenüber örtlich begrenzten Schallstörungen oder anderen Störungen erreicht und eine Uneinpfinalichkeit gegenüber Störungen von weiter entfernten Schallquellen her bzw. anderen Störungen erzielt, daß ,jeweils zwei flüanigkeitsgefüllte Detektorrühren innerhalb der einzelnen Abschnitte der zu überwachenden Grenze bzw. Umgrenzung vorgesehen sind. Im folgenden werden die jeweils

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durch die flüssigkeitsgefüllten Röhren und die jeweils am Ende dieser .Röhren angeordneten Empfangsimpulsumformer gebildeten Geräteeinheiten als Detektoreinheiten bezeichnet. Der Abstand zwischen den Röhren ist verhältnismäßig gering und beträgt größenordnungsmäßig etwa 0,6 m bis etwa 1,5 m. Vorzugsweise sind die Röhren mit Abstand voneinander in einer Horizontalebene verlegt, doch können sie auch in einer senkrechten oder in einer gegenüber der Bodenoberflache um einen von 90 oder 180° verschiedenen Kinkel geneigten Ebene angeordnet sein. Die Jeweils an den Enden der Röhren angeordneten jilmpfangcimpulsumformer sind erfindungsgemäß entgegengesetzt gepolt bzw. mit entgegengesetzter Phase an die zugehörige Alarmanlage angeschlossen. Der Anschluß ist so gewählt, daij Druckstürungen, welche im wesentlichen gleichzeitig und mit im weoentlichen gleicher .Infcensitilt auf die beiden Röhren einwirken, keinen Alarm auslösen. Eine Alarmanzeige wird nur dann hervorgerufen, wenn die sich längs der Flüssigkeitsfüllung der beiden Rühren fortpflanzenden Druckstörungen in den ümpfangsimpulsumformern eine resultierende Störung hervorrufen. Für die Auslösung eines Alarmsignales ist es also notwendig, daß die auf die Umformer treffenden Druckstörungen in ,jeweils einem dieser Umformer ein elektrisches Signal

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erzeugen, welches größer oder kleiner als das entsprechende Signal in dem anderen Umformer ist.

Auch die Frageimpulsumformer an den jeweils anderen Enden der Detektorröhren können mit entgegengesetzter Phase geschaltet sein. Die Frageimpulsumformer werden mit einem gemeinsamen, schwachen Abfragesignal beaufschlagt, welches Druckimpulse hervorruft, die längs der jeweiligen Flüssigkeitsfüllungen fortgeleitet werden. Diese Druckimpulse erzeugen an den Empfangsimpulsumformern ein schwaches resultierendes Ausgangssignal, welches zur überwachung des betriebsbereiten Zustandes der gesamten Detektoranordnung dient.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung befindet sich die Detektoreinheit unterhalb der Oberfläche des jeweils zu überwachenden Bereiches, normalerweise liegt der zu überwachende Bereich außerhalb eines Gebäudes bzw. von Gebäuden und die von den Detektorröhren und den Empfangsimpulsumformer η gebildeten Detektoreinheiten und gegegenenfalls vorgesehene Vorverstärker sind im Boden eingegraben und auch die Anschlußkabel der Vorverstärker verlaufen unterhalb der Erdoberfläche. Die Detektoreinheit ist daher dem Zugriff und der Einsichtnahme

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durch Eindringlinge vollständig enbzogen. Die Detektoreinheiten können beispielsweise ungefähr 15 cm tief in den Boden eingegraben werden, wobei der Boden um die Detektoreinheiten herum festgestampft ist, so dab ein auf die Oberfläche wirkender Druck gut übertragen wird. In Gebieten, in welchen verhältnismäßig niedrige Temperaturen vorkommen, ist die innerhalb der federnden bzw. nachgiebigen Röhren befindliche Flüssigkeit eine Flüssigkeit von niedrigem Gefrierpunkt und "kann beispielsweise eine Lösung von Glyzerin bzw. eines Glyzerinderivates in ,v'asser sein.

Bei zu überwachenden Umgrenzungen großer Länge kann eine größere Anzahl von Detektoreinheiten Anwendung finden, üs wurde gefunden, daß bei Detektoreinheiten mit einer Länge von etwa 12Om das Ansprechvermogen auf Störungen, welche an dem von dem Empfangsimpulsumformer abgelegenen Detektorende auf den Detektor einwirken, nur um 4 db unter dem Ansprechvermogen bei Störungen in nächster Nähe des genannten Umformers liegt. Bei langen Grenzbereichen können daher die einzelnen Detektoreinheiten eine Länge von beispielsweise 90 m bzw. 15Om haben. Dabei sollen die Detektoreinheiten in solchen Abständen längs der Grenzlinie verlegt sein, daß sich

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zwischen den einzelnen Detektoren keine Lücken befinden, durch welche ein unbemerktes Eindringen möglich ist. In bestimmten Fällen kann 63 vorteilhaft sein, eine Überlappung der einzelnen Detektoreinheiten vorzusehen.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die bei] iegonden Zeichnungen n:;her erläutert. In
den Zeichnungen stellen dar:

Figur 1

eine schematische Abbildung zur iürl:.uterung des erundsj; teilchen Aufbaues der jünrichtuiv¹ nach der Erfindung,

Figur c

eine scheuatische persr.CKtivische Abbildung einer erfindungsgeinäiien Letektoreinlieit mit flüssigkeitsgefüllten Detektorrühren und zugehörigen Iaipulsumformern,

Figur 3

eine schematische perspektivische Abbildung, aus welcher ersichtlich

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ist, wie eine erfindungsgemäße Detektoreinheit praktisch in den Boden eingegraben wird,

Figur 4- eine Schnittdarstellung, welche die

Verbindung der Röhren der Detektoreinheit mit den zugehörigen Impulsumformern verdeutlicht,

Figur 5 einen Schnitt längs der in Figur 4

angedeuteten Schnittlinie V-V,

Figur 6 ein elektrisches Ersatzscliaitbild,

welches der Detektoreinheit nach der Erfindung für den Fall entspricht, daß die Frequenz der Impulse von solcher Größe ist, daß die Flüssigkeitsmasse zu berücksichtigen ist,

Figur 7 ein entsprechendes üirsatzcchaltbild,

für den Fall, daii die Frequenz der längs der Flüssigkeit zu übertragenden Impulse sehr niedrig ist,

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Figur 8a

eine Abbildung zur Verdeutlichung des Ans^rechens der Membran eines Impulsumformers aufgrund eines Ansteigens des Flüüsigkeitsdruckes in einer der Detektorrohren, wie dies beispielsweise bei Entdeckung eines Eindringlings geschieht,

Figuren 8b und 8c eine Darstellung der fembranausbiegungen bzw. der Reaktion der Empfangsimpulsumformer aufgrund von Beschleunigungen in dem gesamten Detektorsystem, wie sie bei Erdbeben oder anderen, das gesamte System erfassenden Erschütterungen auftreten,

Figuren 9a und 9b

vergrößerte ochnittdarstellungen von Impulsumformerelementen, welche die gegenseitige Anordnung der Membran und des piezoelektrischen Kristailes erkennen lassen,

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.Figuren und 11 Schaltbilder der elektrischen Ausgleichsschaltung der Impulsumformerelemente,

Figur 12 ein Oszillogranim, welches das Ansprechen der erfindungsgemäßeη .Einrichtung auf störende Bewegungen Jeweils parallel zu einer eingegrabenen Debektoreinheit nach der .Erfindung zeigt,.

Figur 12a eine Skizze, aus welcher die Richtung und die Art der störenden Bewegungen zu ersehen ist, vvelche das in Figur 12 gezeigte Oszillogramin hervorbringen,

Figur 13 ein Oszillogramm, welches entsteht, wenn eine eingegrabene, erfindungsgemäße Detektoreinheit überquert wird,

Figur 15a eine Skizze, aus welcher hervorgeht, welche Bewegung zu dem Oazillogramm nach Figur 13 führt,

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14- einen schematischen ochaltnian des

Vorverstärkers und des Verstärkers einer Alarmanlage der erfindungsgemäiien iiliin?ichtung,

Fi,jur 15 einen ähnlichen bchaltplan wie

Figur 14, _t;edoch mit Angabe der tatsächlich verwendeten odiHltungs elemente in einer xa^'keisen ausgeführten iuirrichtun.j; nach der Erfindung, welche zufriedenstellend arbeitet,

?i_b-ur 1ä ein Blockschaltbild 2ur

oteilung ei2"er bevorzu Ausführui^-joforiß der Erfindung und

Fi.-^ur 17 einen Schnitt durch einen bei

der Ausfuhrungsform der Erfindung nach Figur 16 verwendeten Frageimp uls umf orm er.

Zu Figur 15 der Zeichnungen sei bemerkt, daß diese Darstellung sich ira wesentlichen selbst erläutert und

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hier keineswegs in der Absicht irgendeiner Beschränkung der Erfindung gezeigt wird, sondern dem Fachmann lediglich zeigen soll, wie eine Einrichtung nach der Erfindung praktisch ausgeführt werden kann.

Die in den Zeichnungen dargestellte Einrichtung enthält eine Detektoreinheit, einen Vorverstärker, eine Alarmanlage, einen Frageimpulsgenerator und eine Überwachungseinheit. Die Aufteilung der erfindungsgemäßen Einrichtung in die genannten Bauteile erfolgt zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung. Bei praktischen Ausfuhrungsformen der Erfindung können bestimmte der erwähnten Bauteile entfallen oder konstruktiv miteinander vereinigt sein. Soll eine Sicherheitssignalanlage für einen bestimmten zu schützenden Bereich erstellt werden, so werden mehrere Detektoreinheiten, welche jeweils einen Vorverstärker enthalten, um den betreffenden Bereich herum angeordnet. Die Auslegung und Anordnung der Detektoreinheiten hängt im einzelnen in Jedem Falle von dem Verlauf der zu überwachenden Grenztrasse ab, welche stets eindeutig definiert ist. Bei einer praktischen Ausfuhrungsform der Erfindung sind eine Alarmanlage und eine Überwachungseinheit und vorzugsweise auch ein Frageimpulsgenerator so geschaltet, daß sie auf mehrere Detektoreinheiten ansprechen bzw. mehrere Detektoreinheiten

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betätigen. Die Anzahl von Detektoreinheiten, mit welchen eine Alarmanlage, eine Überwachungseinheit und ein Frageimpulsgenerator zwecks Zusammenwirkung verbunden sind, bestimmt sich jeweils daraus, inwieweit eine einzige Aufsichtsperson beansprucht werden kann, ohne überfordert zu werden. Praktisch werden die überwachungseinheit und die Alarmanlage in einem einzigen Gestell angeordnet, wobei entsprechende Lichtanzeigegeräte oder andere Anzeigegeräte vorgesehen sind, welche es der Aufsichtsperson ermöglichen, den zu überwachenden Bereich zu beobachten. Das Abfragesignal kann die Form einer von einer normalen Wechselstromquelle abgeleiteten, gedämpften Spannung haben.

Im Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung sind eine oder mehrere Aufsichtspersonen mit der Beobachtung der Anzeigetafel des Apparategestells beauftragt, die auch Nachrichtenverbindungen aufweist, welche eine rasche Reaktion im Falle eines Alarms ermöglichen. Jede Erregung einer Detektoreinheit löst ein kontinuierliches Signal bzw. einen kontinuierlichen Alarm aus und normalerweise halten die Alarmsignale so lange an, bis eine entsprechende Gegenmaßnahme erfolgt ist.

Die Detektoreinheit enthält zwei flüssigkeibsgefüllte

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Rühren 31 und 33. Die Röhren 31 und 33 sind aus nachgiebigem Material, beispielsweise aus Gummi, hergestellt und mit einer Flüssigkeit 35 (siehe Figuren 4 und 5 der Zeichnungen) gefüllt, welche beispielsweise Wasser oder ein Gemisch aus Nasser und Glyzerin oder anderen Flüssigkeiten sein kann, welche einen niedrigen Gefrierpunkt haben.

Eine praktisch verwendbare Detektoreinheit für Einrichtungen nach der Erfindung ist in Figur 2 der Zeichnungen gezeigt. Die beiden Enden der beiden Röhren 31 bzw.33 sind jeweils an aus Metall bestehende Armaturen 37 und 39 bzw. 41 bzw. 4-3 angeschlossen. Jede der Armaturen 37.» 39j 41 und 43 weist ein handbetätigbares Ventil 45 auf, welches während des Transportes oder während der Ausfuhrung von Reparaturarbeiten geschlossen ist. Die jeweils einen Enden der Armaturen 37 und. 41 sind über T-Stücke 57 an ein Kopfstück 51 angeschlossen, innerhalb welchem die Röhren 31 und 33 mit den Empfangsimpulsümformern 53 und 55 (siehe Figuren 4 und 5 der Zeichnungen) verbunden sind« Die noch freien Zweige der T-Stücke 57 sind jeweils über Rückschlagventile 73 mit einem gemeinsamen Überlaufbehälter 71 verbunden. Die Armaturen 39 und 43 an den jeweils anderen Enden der Rdnren sind an Kopfstucke 61 ^; angeschlossen, innerhalb welchen die Röhren Verbindung

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mit den Frageimpulsumformern 63 und 65 haben.

Die jeweils an den beiden Enden der Detektoreinheiten befindlichen Kopfstücke 51 bzw. 61 "bestehen jeweils aus zwei aneinandergesetzten Gehäusehälften 75 und 77 (Figuren u-nd 5 der Zeichnungen), die zwischen sich Kammern 79 bzv/. 81 bilden. In jeder dieser Kammern ist ein Umformer bzw. 55 bzw. 63 bzw. 65 angeordnet (siehe Figuren 8a, b und c). Jede dieser Kammern 79 und 81 ist jeweils durch die Lembran 83 des in der betreffenden Kammer angeordneten Umformers in zwei Teile unterteilt. Zu dem jeweils einen Teil jeder der Kammern 79 bzw. 81 hat die Flüssigkeit 35 Zutritt, während der jeweils cjidere Teil der betreff enden Kammern Luft enthält. Die Llembran 83 bildet jeweils eine flüssigkeitsdichte Trennwand zwischen den beiden Kammerteilen. Zusätzlich zu der Membran 83 enthält jeder Umformer 53, 55» 63, 65 eine piezoelektrische keramische Scheibe 91· Die Scheibe 91 ist jeweils an der dem mit Luft gefüllten Teil der Kammer 79 bzw. 81 zugekehrten Seite zentrisch an der Lleinbran 83 befestigt. Das in den Röhren 31 und 33 befindliche Medium kann einen Druck auf die LIembran 83 ausüben und biegt dann diese zusammen mit der darauf befestigten piezoelektrischen Scheibe 91 aus. Die Verbiegung kann beispielsweise durch sich auf die llembran 83 hin bzw, von der Membran 83

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wegbewegende Impulse verursacht werden und die Ausbiegungsrichtung hängt dann von der geweiligen Richtung dieser Druckimpulse ab. Diese Verbiegung bewirkt, daß an der piezoelektrischen Scheibe ein elektrisches Potential auftritt, dessen Polarität von der Ausbiegungsrichtung abhängt. Dieses Potential wird durch einen an der piezoelektrischen Scheibe 91 befestigten, jeweils durch einen Anschlußstutzen der Gehäusehälfte 77 der 3ehklter 51 bzw. 61 hindurchgeführten Leiteranschluß 93 abgeleitet. Durch das Medium 35 bzw. durch die Flüssigkeit hindurch übertragene Druckimpulse erfahren an der piezoelektrischen Scheibe 91 bzw. an der zugehörigen Membran eine Reflexion, wobei jeweils mechanische Spannungen entgegengesetzter Richtung erzeugt werden, so daß die piezoelektrische Scheibe aus einer Stellung, in welcher sie, von der Flüssigkeit aus gesehen, konkav gebogen ist, in eine Stellung übergehen kann, in welcher sie konvex gegen die Flüssigkeit hin gewölbt ist, wobei Potentiale jeweils entgegengesetzter Polarität erzeugt werden.

Umgekehrt bewirkt ein Potential, mit welchem die keramische, piezoelektrische Scheibe 91 eines Impulsumformers beaufschlagt wird, eine Ausbiegung desselben. Derartige, erregende Potentiale werden den Abfrageimpuls-

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umformern zugeführt, so daß diese sich ausbiegen und Druckimpulse auf die Flussigkeitsfüllung übertragen.

Die relativen Dicken der piezoelektrischen keramischen Scheibe 91 und der Membran 83 der Impulsformer 53, 55₅ bzw« 65 sind so gewählt, daß bei deren Verbiegung die spannungsneutrale JSbene der Impulsformer innerhalb der Membran 83 verläuft. Dieser Sachverhalt ist in den Figuren 9a und 9b der Zeichnungen angedeutet. Figur 9a zeigt den Zustand, welcher hergestellt wird, wenn die Flüssigkeitsfüllung 35> von Seiten der Flüssigkeit aus gesehen, eine konkave Verbiegung des betreffenden Impulsumformers verursacht. In diesem Falle werden also die Membran 83 und auch die keramische Scheibe 91 konkav ausgebogen und die keramische Scheibe 91 und derjenige Teil 101 der Membran 83, welcher auf der, der Scheibe zugekehrten Seite der spannungsneutralen .Ebene gelegen ist, stehen unter einer Zugspannung, deren Richtung parallel zur Ebene der Scheibe 91 verläuft, während derjenige Teil 103 der Membran, welcher auf der jeweils gegenüberliegenden Seite der spannungsneutralen Ebene gelegen ist, unter einer ebenfalls parallel zur Scheibenebene gerichteten Druckspannung steht. Im Falle kreisförmiger Scheiben sind die Zugspannung und die Druckspannung radial gerichtet. Da die gesamte keramische

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piezoelektrische Scheibe unter mechanischer Spannung steht, wird durch Ausbiegung der keramischen Scheibe das jeweils größte elektrische Potential erzeugt, ilin entsprechender Zustand tritt auf, wenn eine solche Verbiegung des Impulsumformers konvex gegen die Flüssigkeit hin erfolgt. In diesem Falle steht wiederum die gesamte piezoelektrische Scheibe 91 unter Druckspannungen und folglich wird abermals das größtmögliche elektrische Potential erzeugt.

Praktisch ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung der Flüssigkeitsstand in dem Vorratsbehälter 71 so hoch gewählt, daß mit Bezug auf die benachbarten .Impulsumformer 53 und 55 eine Flüssigkeitssäule wirksam ist, welche während des betriebsbereiten Zustandes der Einrichtung die piezoelektrischen Scheiben 91 der Impulsumformer 53 bzw. 55 jeweils unter leichter Zugspannung hält.

Praktisch sind weiterhin die beiden piezoelektrischen Scheiben 91 an den beiden Enden so gegeneinander geschaltet, daß bei Einwirkung im wesentlichen gleicher Spannungen auf die Scheiben an jedem Ende ein Nullpotential auftritt. Diese Schaltung ist in den Figuren 8a, Ob und 8c

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wiedergegeben. Figur 8a zeigt den Zustand einer piezoelektrischen Scheibe, wenn diese einer Zugspannung ausgesetzt wird. In diesem Falle tritt an deren Ausgängen ein resultierendes öignal auf.

Die Figuren üb und 8c verdeutlichen die Wirkung jeweils gleicher Spannungen, welche jeweils in den beiden Fällen in entgegengesetzten Richtungen weisen. In beiden Fällen ist bei gleicher Spannungsbeanspruchung das resultierende Ausgangssignal KuIl. Hur dann, wenn die auf die beiden blatten einwirkenden Spannungen entweder hinsichtlich ihrer Polarität oder hinsichtlich ihrer Grö'ise verschieden sind, erscheint am Ausgang ein resultierendes Potential, wie dies in Figur 8a der Zeichnungen angedeiitet ist.

Zum Zwecke der Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Empfangsimpulsumformer 53 und 55 wird den jeweils an <3en von dem Vorratsbehälter 71 entfernt gelegenen Ünden der Detektoreinheiten angeordneten Frageimpuls umformern ein Abfragesignal zugeführt. Dieses Signal kann ein iVechselstromsignal sein und hat beispielsweise die Form eines 60-Hz-Spannungssignales, welches von einer normalen Spannungsquelle abgeleitet wird. Das Abfragesignal wird im allgemeinen den beiden Impulsumformern 65

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und 65 zugeführt. Die Wirkung des das Abfragesignal bildenden Potentials auf den einen Impulsumformer besteht darin, daß eine Membranausbiegung in der einen Richtung erzeugt wird, während die Wirkung auf den anderen Impulsumformer darin besteht, daß eine Membranausbiegung in der entgegengesetzten .Richtung erfolgt, so daß über die Flussigkeitsfullung Impulse von entgegengesetztem Vorzeichen zu den Empfangsimpulsumformern 52 und 55 übertragen werden. Die letztgenannten Umformer erzeugen dann eine an dem gemeinsamen Ausgang der Umformer dargebotene Signalspannung.

In den Figuren 8a bis 8c sind die Impulsumformer 55» 55> 65 und 65 Jeweils parallel gegeneinander geschaltet wiedergegeben. Die Impulsumformer können Jedoch auch in Serie gegeneinander geschaltet sein.

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Von Bedeutung ist, daß die Impulsumformer 55 und bzw. 65 und 65 an jedem Ende der flüssigkeitsgefüllten Röhren 51 und 55 in geeigneter Weise abgeglichen sind. Der Abgleich kann durch einen veränderlichen Kondensator 102 erfolgen, welcher parallel zu dem Impulsumformer 55 bzw. 65 des Impulsumformerpaares 55 und 55 bzw. 65 und 65 geschaltet ist (siehe Figuren 10 und

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der Zeichnungen), doch, kann der Abgleich auch entfallen, wenn die Impulsumformer bereits während der Herstellung als abgeglichene Paare ausgewählt werden.

Der Vorverstärker enthält Feldeffekttransistoren F1 und F2, welche in Kaskade geschaltet sind, ferner einen Transistor ^2 und eine integrierte Schaltung bzw. ein Festkörperbauelement IvIO. Das resultierende Eingangssignal der Impulsumformer 53 und 55 wird über eine die Dioden D1 und D2 enthaltende, die Transistoren vor Überspannungen schützende Schaltung an die Basis des Transistors F1 angelegt. Der Transistor F2 dient zum Ausgleich des Einflusses von Temperatüränderungen auf den Transistor F1 und außerdem als Belastung konstanten Stromes für den Transistor F1. Der Ausgang der Impulsumformer 53 und 55 ist ein zusammengesetztes Signal, welches auch das Ansprechen auf das Abfragesignal mitumfaßt, welch letzteres den beiden Impulsumformern 63 und 65 von dem Frageimpulsgeneratosr her zugeführt wird. Das Abfragesignal kann die Form eines 60-Hz-Signal haben, welches, wie bereits gesagt, von einer normalen Wechselstromquelle abgeleitet wird. Der Ausgang des Transistors F1 wird der Basis des Transistors Q3 zugeführt, dessen Ausgang wiederum zu der integrierten Schaltung MO gelangt. Dioden D5 und D6 dienen

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zum οchutζ des Kondensators G1, der eine Unterdrückung hochfrequenter Störimpulse bewirkt. Das itusgangssignal des Vorverstärkers kann von dem Ausgang LO der integrierten Schaltung MO abgenommen werden.

Der Ausgang des Vorverstärkers wird der Alarmanlage zugeführt β Die Alarmanlage enthält Transistoren '^1, ^2, (44-, ^5 Ulli 46. Im einzelnen gelangt der Ausgang des Vorverstärkers über einen Kondensator C2 hoher Kapazität und einen weiteren Kondensator C3 zur Basis des ■Transistors 4I. Ferner gelangt der Ausgang des Vorverstärkers über einen Filter FI zur Basis des Transistors ,^5. Der Filter FI unterdrückt das 60-Hz-Abfragesignal, so daß das dem Transistor 45 zugeleitete Signal ausschließlich die von einer entdeckten Störungsquelle verursachte Signalspannung ist. Bei Abwesenheit einer erregenden Störungsquelle wirkt auf den Transistor Q5"nur eine von dem Widerstand R1 abgegriffene Vorspannung.

Der im wesentlichen aus dem 60-Hz-Abfragesignal bestehende Ausgang des Transistors 45 gelangt über einen Widerstand R2 und Kondensatoren C4 und C5 zur Basis des Transistors Q2. Parallel zum Eingang des Transistors Q2 sind jeweils entgegengesetzt gepolte Dioden D3 und DA

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geschaltet. Diese Dioden halten die an der Basis des Transistors -^2 anstehenden 7/echselspannungen unterhalb einem bestimmten Pegel» Bei einer praktischen Ausführungsf orin der Erfindung ist das der Basis des Transistors ^2 zugeführte Potential derart begrenzt, daß die Dioden D3 und D4- einen von Scheitelwert zu Scheitelwert bemessenen Amplitudeiiwert von etwa 1 Volt zulassen. Der Ausgang des Transistors Q2 kann über Kondensatoren 07 und CS sowie über einen Widerstand R4-abgenomnien werden. Außerdem wird das Ausgangssignal des Transistors ^2 über die Kondensatoren 07 und 08, den Widerstand R4 und einen Kondensator 09 der Basis des Transistors '^6 zugeführt. Der Ausgang des Transistors Q6 gelangt zu einem Kondensator 010, wird von den Dioden D20 und D21 gleichgerichtet und dann über einen y/iderstand R5 an die Basis des Transistors 44- gelegt. Dieser Transistor dient zur Speisung der Spule eines Relais R. Im betriebsbereiten Zustand der Einrichtung ist der Transistor ;_o4-leitend und α as Relais R ist erregt, so dais die Relaiskontakte Ra beschloss ei; sind, «'ührend ein Ruhekontakt des Relais Rb geöffnet iot. Die Relaiskontakte Ra und Rb sind mit dem Alarin-Anzeigeg. rät verbunden. Ist der Kontakt Ra geschlossen, so meldet das Alarm-Anzeige,-];trat

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lediglich, daß sich die Detektoreinheit in ordnungsgemäßem, betriebsbereitem Zustand befindet.

Die Alarmanlage enthält ferner einen Diskriminator DR, welcher von einer Anzahl von Zenerdioden Z1 bis Z 5 und Z6 bis Z 10 gebildet wird, die als in Reihe geschaltete Diodenpaare Jeweils zwischen die Speiseleitungen L1 und L2 gelegt sind. Im einzelnen sind die Dioden Z1 und Z6, Z2 und Z7, Z3 und Z8, Z4 und Z9 sowie Z5 und Z10 in Reihe geschaltet. Die Durchbruchsspannungen der Diodenpaare sind voneinander verschieden und nehmen fortschreitend zu. Zur Auswahl Jeweils eines bestimmten Paares in Reihe geschalteter Dioden Z1 bis Z 5 und Z6 bis Z10 ist ein Wählerschaiter (M vorgesehen. Das vom Ausg&ng des Transistors ,^2 abnehmbare Signal wird über die Kondensatoren C7 und C8 sowie über den Widerstand R4 und schließlich über den bewegbaren Schaltarm 103 des »Vahlerschalters CW dem Diskriminator DR zugeführt.

Die jeweils gewählten Dioden befinden sich normalerweise in nichtleitendem Zustand. Wird der Diskriminator DR mit einer Spannung beaufschlagt, welche höher als die Durchbruchsspannung des gewählten Diodenpaares ist, so erfolgt in diesem Diodenpaar ein Spannungszusammenbruch an der einen Diode jeweils während der jeweils eine

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Polarität aufweisenden Halbwelle dieser Spannung, während ein SpannungsZusammenbruch an der anderen Mode während der jeweils anderen Halbwelle erfolgt. (Vie aus Figur 14 der Zeichnungen ersichtlich ist, sind die Dioden ZJ und Z8 gerade im Sinne einer Steuerung des Diskriminators DR eingeschaltet. Diese Dioden besitzen beispielsweise eine Durch.bruchsspannung von 8,2 V. Wenn die jeweils während der negativen Halbwelle der Abfrage-Signalspannung wirksame Spannung eine Größe hat, welche die zwischen der Speiseleitung L1 und dem beweglichen Schaltarm 104 des .Wählerschalters GW anstehende Spannung 8,2 V überschreitet, so erfolgt ein 3pannungsZusammenbruch an der Diode Z3· Wenn die Spannung jeweils während der positiven Halbzelle wiederum den 7/ert 8,2 V gegenüber Jiirdpotential überschreitet, so erfolgt ein SpannungsZusammenbruch, an der Diode Z8. Befindet sich die erfindungsgemäße Einrichtung in betriebsbereitem Zustand und wird kein Versuch, unternommen, die überwachte Umgrenzung zu überschreiten, so reicht die Größe der von dem Transistor Q2 aus an den Diskriminator DR gelangenden Spannung nicht dazu aus, einen Spannungszusammenbruch, an den Dioden Z3 und Z8 hervorzurufen. In der betriebsbereiten Stellung bzw. im //artezustand der Einrichtung, während welchen keine Störungen an der

BAD

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zu schützenden Umgrenzung auftreten, wirken also nur diejenigen Kräfte auf die Detektoreinheit ein, welche von entfernten Störungsquellen, beispielsweise also vom Straßenverkehr bzw. von seismischen Erschütterungen herrühren· Diese Störungen erzeugen in der Flüssigkeitsfüllung der Röhren 31 und 33 Druckwellen, doch treten diese Druckwellen jeweils in den beiden Röhren gleichzeitig auf, da die Störungequelle weit entfernt ist, und sie besitzen gleiche Amplitude. Unter diesen Umständen besteht das einzige, an der Ausgangsleitung LO auftretende Signal in dem 60 Hz-Abfragesignal. Dieses Signal gelangt zur Basis des Transistors Q1, jedoch aufgrund der Wirkung des Filters FI nicht zur Basis des Transistors Q5· Der Transistor Q2 gibt dann über den 7/ähl er schalt er G7/ ein Wechselstromsignal mit abgeschnittenen Araplitudenscheiteln an den Diskriminator DR und ein entsprechendes Signal an die Basis des Transitors Q6 ab. Das zu dem Diskriminator DR gelangende Signal reicht nicht dazu aus, an den Dioden Z3 bzw. Z8 einen Spannung&zusammenbruch hervorzurufen. Das an dem Transistor Q6 anstehende Signal ruft ein begrenztes Wechselstromsignal hervor, welches über einen Kondensator 010 und Spannungsverdoppelungsdioden D20 und D21 eine Aufladung eines Kondensators CPO bewirkt. Das an dem Kondensator C20 anstehende Potential hält den Transistor Q4 leitend, so daß das Relais R erregt

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und der Kontakt Ra geschlossen bleibt, wodurch angezeigt wird, daß die Impuls umformer 53 und 55 ^ ich. in ordnungsgemäßem, betriebsbereitem Zustand befinden.

.iird ein Versuch gemacht, in den betreffenden umgrenzten Bereich einzudringen, so gelangt über den /iderstand E8 und den Filter FI ein oignal zu dem Transistor _£· An dem beweglichen Schaltarm 104· des Vählerschalters CW erscheinen dann über den Widerstand R9 Signaispannungen wechselnder Polarität, jedoch im allgemeinen niedriger Frequenz. Jeweils abhängig von dem Vorzeichen des über den Widerstand R9 anstehenden Potentials wird entweder die Zenerdiode Z3 oder die Zenerdiode ZS leitend geschaltet. Das 60 Hz-.^;/echselspannungssignal, welches bisher der Basis des Transistors ^6 zugeführt wurde, ist nun unterdrückt und der Transistor φ läßt kein 60 Hzoignsl mehr durch. Der Kondensator C20 entlädt sich dann über den widerstand R20 und die Dioden D20 und D25 und nach kruzer Zeit geht der Transistor J4- in den nichtleitenden Zustand über, so daß das Relais R abfällt, der Xontakt Ra geöffnet und der Kontakt Rb geschlossen wird, wodurch ein Alarm erzeugt wird.

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Nunmehr sei ein fehlerhafter Betrieb der Einrichtung betrachtet und dabei angenommen, daß die Umformer 53 und 55 parallelgeschaltet sind. Wird unter diesen Umständen ein Umformer kurzgeschlossen, so kommt wirkungsmäßig ein zu den Umformern parallel liegender Kurzschluß zustande. Das Potential des Abfragesignales verschwindet dann und die Erregung des Relais R wird beendet, so daß sein Ruhekontakt Rb geschlossen und in dem Alarm-Anzeigegerät ein fehlerhafter Zustand der Einrichtung gemeldet wird. Wird der Stromkreis eines der Umformer 53 oder 55 aufgetrennt, so wird am Ausgang des EmpfangsimpulsUmformers eine Gleichgewichtsabweichung hervorgerufen. Eine von weit her kommende Störung würde dann unmittelbar einen Alarm auslösen.

Ein Eindringen in die zu überwachende Umgrenzung kann jedoch durch die Betriebsweise des Relais R von einem Fehler an einem der Impulsumformer unterschieden v/erden. Bewegt sich ein Lebewesen oder ein Gegenstand über die Umgrenzung hinweg auf die Umgrenzung zu oder von der Umgrenzung weg, so wird das Relais R wiederholt erregt und entregt. In dem Alarm-Anzeigegerät können also Vorkehrungen getroffen werden, welche eine Erregung eines charakteristischen Alarmsignales nur jeweils in Abhängigkeit von einer für eine Verletzung der Umgrenzung

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charakteristischen wiederholten Betätigung der Kontakte Ra und Rb ermöglichen. Ein Fehler an einem der Umformer dauert jedoch ständig an, so daß das Relais R fortwährend betätigt bleibt.

Die Figuren 12 und 13 der Zeichnungen zeigen das

Ansprechen der erfindungsgemäßen Detektoreinheit im *

praktischen Einsatz. Bei der Aufnahme der Darstellung nach Figur 12 der Zeichnungen wurde das Ansprechen der •Einrichtung beobachtet, wenn eine Person sich in der aus Figur 12a ersichtlichen //eise bewegte. Die Detektorröhren $1 und 33 können hierbei in einem Abstand von etwa 0,6m bis 1,5^ angeordnet sein. Die Versuchsperson folgte hierbei dem in Figur 12a durch gestrichelte Linien angedeuteten v/eg. Im einzelnen ging die Versuchsperson im Abstand von etwa 0,3 m an der Röhre 33 entlang, kehrte dann um, ging in einem Abstand von 0,6 m an der Röhre 33 * entlang, kehrte wieder um, ging in einem Abstand von 0,9 m an der Röhre 33 entlang, kehrte wieder um, ging dann in einem Abstand von 1,2 m an der Röhre 33 englang und kehrte schließlich nochmals um und bewegte sich in einem Abstand von 1,5 ω parallel zu der Röhre 33· Die dabei aufgenommenen Signale sind in Figur 12 der Zeichnungen wiedergegeben. Es zeigt sich, daß bei einem Abstand von 0,3 m

⁵³ _Bfk0

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von der Detektorröhre 33 ein Signal ganz beträchtlicher Amplitude erzeugt wird und daß mit zunehmendem Abstand von der Röhre 33 die Amplitude der erzeugten Signale abnimmt, bis bei einem Abstand des 7/eges der Versuchsperson parallel zu der Röhre 33 in einem Abstand von 1,5m von dieser nur noch ein verhatlnismäßig schwaches Signal erzeugt wird. Wie in Figur 12 der Zeichnungen angedeutet ist, werden Signale, welche Abständen von mehr als 1,5 m von der Detektorröhre 33 entsprechen, durch die Schaltung der Umformer 53 und ausgeglichen.

Figur 13 zeigt das Ansprechen der Impulsumformer, wenn eine Person die flüssigkeitsgefüllten Detektorröhren überquert. Die Versuchsperson überquerte zuerst die Detektorröhre 33 und dann die Detektorröhre 31. Es zeigt sich, daß zwei Wellenzüge erzeugt werden, von denen der eine Wellenzug entsteht, wenn die Versuchsperson die Detektorröhre 33 überquert, während der andere vVellenzug beim überqueren der Detektorröhre 31 entsteht. Die Wellenzüge haben beträchtliche Amplitudenhohe und können leicht die Alarmanlage bzw. das Alarm-Anzeigegerät auslösen.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung sei nachfolgend eine Zusammenfassung gegeben:

In ihrer einfachsten Form besteht eine erfindungsgemaße Detektoreinheit aus zwei nachgiebigen Leitungen bzw. Röhren, welche an druckempfindliche Impulsumformer 53 und 55 angeschlossen sind. Die elektrischen AusgangsSignaIe der Impulsumformer 53 und 55 werden so W miteinander kombiniert, da3 das von den Umformern abgegebene Differentialsignal zur Auslösung eines Alarm-Anzeigegerätes verwendet werden kann. Die Ausgangssignale der Empfangs impulsumformer 53 und 55 sind jeweils Funktionen der Druckänderungsgeschwindigkeit, wobei die untere Grenze nach niedrigen Frequenzen bei annähernd 0,01 Hz liegt, so da.3 Druckänderungen, welche von Schrumpfungen des Erdreiches, von Temperaturänderungen und dergl. herrühren, nicht gemeldet werden. Tritt ein A Gegenstand oder ein Lebewesen in das Feld der Detektoreinheit oberhalb des Bereiches A (siehe Figur 3 der Zeichnungen) ein, so erscheint an dem Anschluß 107 der Impulsumformer 53 und 55 ein Ausgangssignal positiver Polarität. Ein in den Bereich B eintretender Gegenstand erzeugt an dem Anschluß 107 ein Ausgangssignal negativer Polarität. Eine in einigem Abstand von den genannten beiden Bereichen auftretende mechanische Störung hat

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das Bestreben, sich wirkungsmäßig selbst auszulöschen, da diese Störung die beiden Umformer 53 und 55 annähernd im selben Maße erregt. Praktisch kann es vorkommen, daß die beiden Umformer nicht gleiche Empfindlichkeit besitzen und dann kann ein Abgleich mittels der Kondensatoren C1 und C2 erfolgen (Figuren 10 und 11 der Zeichnungen).

Ein in das Feld der Detektoreinheit eintretender Gegenstand drückt den Boden zusammen und erzeugt ein mechanisches Spannungsfeld im Bereich der jeweils nächstgelegenen Rohre 31 oder 33· Das resultierende Spannungsfeld bewirkt, obwohl es im Bereich der Rohre einem sehr kleinen Grenzwert zustrebt, eine Zusammendrückung des Röhrendurchmessers, wodurch der Flüssigkeitsdruck erhöht wird. Diese Druckänderung wird dann von den Impulsumformern aufgenommen.

Figur 6 der Zeichnungen zeigt nun ein elektrisches Schaltungsmodell, welches dem aus einem Impulsumformer und der zugehörigen Detektorröhre gebildeten mechanischen System äquivalent ist. Bei der Ableitung werden die

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folgenden mechanisch-elektrischen Analogien verwendet:

Kraft in Newton

entspricht Spannung in Volt

Geschwindigkeit entspricht Strom in Ampere in m/sec

Verschiebung in m

entspricht Leistung in Coulombs

Masse in kg

entspricht Induktivität in Henry

Nachgiebigkeit in m/kg

entspricht Kapazität in Farad

mechanischer Widerstand in MKs-Einheiten

entspricht

Widerstand in Ohm

Für jede Störungsquelle N an irgendeinem Punkt längs der Leitungen bzw. Röhren ist eine Druckänderung oder Kraftänderung (Produktbildung aus Druck und zugehöriger fläche) eigentümlich. Der jeweils an einem Punkt herrschende Druck ist also das Ergebnis einer auf die Bodenoberfläche wirkenden Kraft und wird die Impedanzeigenschaf ten des Erdbodens auf die Röhre übertragen.

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Dieser Sachverhalt läßt sich durch eine Kraftquelle darstellen, deren zugehörige mechanische Impedanz ζ ist. Im allgemeinen Falle bewirkt die Störungskraft Jeweils eine Beschleunigung der Koppelungsfliissigkeit, wobei Ableitungsverluste aufgrund viskoser Scherung in der Flüssigkeit entstehen und die Röhre in anderen Bereichen ausgeweitet wird, da die Erde und die Röhre nachgiebige Syst eint ei Ie sind. Wirkt schließlich die Kraft gegen den elektromechanischen Umformer, so erscheint eine Spannung an den elektrischen Anschlüssen.

Im allgemeinen Falle ist für jede Detektorröhre jeweils eine Ausbreitungsgeschwindigkeit c charakteristisch, welche sich annähernd durch folgende Gleichung bestimmen läßt, wenn die Flüssigkeitsviskosität vernachlässigt wird:

"!/Flüssigkeit
Hvolumenmäßi

;smasse je Längeneinheit

Volumenmäßige Nachgiebigkeit der Röhre je Längeneinheit

Bei sehr niedrigen Frequenzen kann die Trägheit der Flüssigkeit vernachlässigt werden und die äquivalente Schaltung vereinfacht sich dann zu der in Figur 7 gezeigten Schaltung. Bei niedrigen Frequenzen ist es zweckmäßig, eine Flüssigkeit geringer Viskosität zu verwenden,

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da der eingezeichnete Serienwiderstand zur dynamischen Viskosität der Flüssigkeit jeweils direkt proportional ist.

Die in den Figuren 6 und 7 der Zeichnungen bezeichneten Bauteile haben folgende Bedeutung:

C„ = freie Kapazität des Impulsumformers

G„ = Nachgiebigkeit des Impulsumformers bei offener Schaltung

0 = elektromechanischer Faktor

R = mechanische Viskositätsdämpfung je Längeneinheit

M β Flüssigkeitsmasse je Längeneinheit (mechanisch)

G, * Nachgiebigkeit der Rohre je Längeneinheit

K" = störende Kraft

Z = Impedanz der Quelle der störenden Kraft

F β Bezugskraftquelle

Cj, = Nachgiebigkeit der Bezugskraftquelle

Die Bezugskraftquelle F, welche in den Figuren 6 und 7 der Zeichnungen jeweils ganz rechts gezeigt ist, hat die Form eines niederfrequenten elektromechanischen Antriebs, welcher ein Signal an den ümpfangsimpulsdruck-

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ΊΟ

umformer überträgt, um eine Fehler-Sicherheitsanzeige in dem System zu ermöglichen. Die Frequenz dies.es Signales 60 Hz hat großen Abstand von der Frequenz des erwarteten, einen Alarm auslösenden Signales (0,01 Hz bis 10 Hz). Kann dieses'Signal nicht empfangen werden, so liegt ein Fehler im System vor, welcher zu einem andauernden Alarm oder zu einer anderen Anzeige führt. Bin durch eine Verletzung der Umgrenzung verursachter Alarm ist demgegenüber nicht kontinuierlich und eine Aufsichtsperson ist daher in der Lage, zwischen einem durch einen Fehler des Systems ausgelösten Alarm und einem echten Alarm zu unterscheiden.

Die in den Figuren 4- und 5 der Zeichnungen angedeuteten Gehäuse der elektromechanischen Umformer enthalten die beiden Flüssigkeitsräume 79 und 81, über welche die Flüssigkeitsfüllung 35 Jeweils an eine von zwei Membranen 83 angekoppelt ist. An jeder der Membranen 83 ist eine piezoelektrische Scheibe 91 derart befestigt, daß jeweils die Ausgangsspannung der einen piezoelektrischen Scheibe 91 bei einem einwirkenden, positiven Drucksignal positiv ist, während die Ausgangsspannung der anderen Scheibe 91 bei einem einwirkenden, positiv gerichteten Drucksignal negativ ist. Wirken daher auf die Flüssigkeitsfüllung 35 der beiden Röhren 31 und 33 Jeweils gleiche

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Drücke, so sind die Ausgangspotentiale gleich groß und entgegengesetzt gerichtet, so daß bei elektrisch parallelgeschalteten Umformerelementen das Ausgangssignal Null ist. Das Ausgangssignal ist also jeweils eine Funktion des Druckunterschiedes innerhalb der Röhren und dadurch wird eine örtlich begrenzte hohe Empfindlichkeit erreicht.

Ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es, daß sie gegenüber irgendwelchen Beschleunigungsbewegungen in den drei Hauptebenen unempfindlich ist. Figur 8a zeigt die Entstehung eines Ausgangssignales für den Fall, daß ein positives Drucksignal auf eine Detektorröhre wirkt. Die Figuren 8b und 8c zeigen die Reaktionen am Ausgang bei Beschleunigungen, welche senkrecht zu den Membranen wirksam sind. Ein Ansprechen aufgrund von Beschleunigungen in Richtung der Ebene J

der Membranen 85 ist vernachlässigbar, da auf die keramischen, piezoelektrischen Scheiben 91 in diesem Falle Schubspannungen wirken und die piezoelektrischen Elemente bei der gezeigten Anordnung der Elektroden gegenüber ächubspannungen unempfindlich sind. Die in den Figuren 8b und 8c gezeigten Anordnungen erfordern einen Anschluß der Detektorröhren jeweils an der gleichen

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Seite und in der gleichen Ebene, damit die differentielle Wirkungsweise und der Ausgleich der Massen sichergestellt ist.

Die in den Figuren 8a, 8b und 8c gezeigte Anordnung bildet also eine notwendige Voraussetzung dafür, daß sowohl eine dem Differentialdruck entsprechende Betätigung als auch ein Ausgleich der Massen bzw. der Trägheit erfolgen kann. Der Trägheitsausgleich verringert den unmittelbaren Empfang aus dem Brdreich und ist daher besonders zweckmäßig, da diese Erscheinung nicht durch die anderen Ausgleichseigenschaften der Anordnung unterdrückt werden kann.

Zweckmäßigerweise werden die Aufnahmeelemente oder Impuls uniformer parallel geschaltet. In diesem Falle wird ein äußerer Abgleich der Impulsumformerelemente nach Figur 10 der Zeichnungen erzielt. Die Umformerelemente können jedoch auch in Serienschaltung betrieben werden, wenn dafür Sorge getragen wird, daß eine geeignete Isolation zwischen den metallischen Membranen und den piezoelektrischen Scheiben vorgesehen ist. Ein Abgleich für diesen Schaltungsfall ist nach Figur 11 der Zeichnungen vorzunehmen.

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Das von den Umformerelementen abgegebene elektrische Signal wird in einem Vorverstärker verstärkt und kann zu Untersuchungszwecken einem sogenannten Sanborn Recorder zugeführt werden, welcher eine Alarmschaltung besitzt.

Die Figuren 12 und 13 der Zeichnungen zeigen Diagramme, wie sie mit einem Sanborn-Kartenschreiber unter Verwendung der beschriebenen Impulsumformer er- W

halten werden, wobei die Detektorröhren in einer Tiefe von 15 cm und in einem gegenseitigen Abstand von etwa 1,5 m in den Boden eingegraben sind. Das Diagramm nach ?igur 12 zeigt das Aufzeichnungsergebnis, wie es sich bei normalem Gehen parallel zu einer Röhre 33 der beiden Röhren bei Jeweils unterschiedlichen Abständen ergibt. Das Gewicht der Versuchsperson beträgt hierbei etwa 70 kp. Der Abstand zwischen den auf dem Diagramm eingezeichneten horizontalen Linien entspricht einer Umformer-Ausgangs- A

spannung von 0,5 V.

Das Diagramm nach Figur 13 der Zeichnungen zeigt das Aufzeichnungsergebnis bei einem Versuch, über die Detektorröhren 31 und 33 hinwegzukriechen. Hierbei wurde besonders darauf geachtet, nicht unmittelbar auf eine

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der beiden Röhren zu treten oder zu steigen und trotzdem wurde ein bemerkenswert starkes Signal erzeugt. Die Eichung ist für beide Aufzeichnungen gleich. Es erscheint möglich, daß eine Einrichtung zur Abschneidung sehr tiefer Frequenzen (oder ein Hochpassfilter) dazu verwendet werden kann, sehr niedrige Frequenzen derart auszusieben, daß die in der Darstellung erkennbaren niederfrequenten Wellenzüge in Wegfall kommen, ohne daß wichtige Informationen zerstört werden.

Figur 16 der Zeichnungen zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Die Detektoreinheit enthält wiederum zwei flüssigkeitsgefüllte Röhren 131 und 133, welche zu Füllungszwecken wiederum mit Ventilen 134 ausgestattet sind. An ein Ende der Röhre 131 ist ein Empfangsimpulsumformer 137 angeschlossen, während an das gegenüberliegende Ende dieser Röhre ein Frageimp ulsumformer 139 angeschlossen ist. Mit dem einen Ende der Röhre 133 ist ein Empfangsimpulsumformer 141 verbunden und mit dem gegenüberliegenden Ende dieser Röhre ist ein Frageimpulsumformer 133 verbunden.

Die Empfangs impulsumformer 137 und 141 sind

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HS-

untereinander gleich und arbeiten nach dem piezoelektrischen Prinzip, wie oben beschrieben worden ist. Die Empfangsimpulsumformer 137 und 14-1 enthalten jeweils eine Membran 156, an welcher die Flussigkeitsfüllung 135 ansteht. An der gegenüberliegenden oeite der Membran 136 der Impulsumformer 137 und 141 ist jeweils ein piezoelektrischer Kristall 138 angeordnet, welcher auf Ausbiegungen der Membranen 136 anspricht und ein elektrisches Signal erzeugt. Die Kristalle 138 sind entgegengesetzt gepolt und so abgeglichen, daß ein kleiner, in den beiden Detektorröhren 131 und 133 herrschender Druck eine Auslöschung des Signales in den Ausgangskreisen bewirkt.

Die Frage impulsumformer 139 und 14-3 sind von gleicher Bauart und der Impuls umformer 139 ist in Figur 17 der Zeichnungen wiedergegeben» Der Frageimpulsumformer 139 enthält eine Membran 14-5 aus einem geeigneten flexiblen Werkstoff, beispielsweise aus Chlorbutadien. Die Dicke der Membran 14-5 kann beispielsweise 1,55 nun betragen. Die Flussigkeitsfüllung 135 steht an einer Fläche der Membran 14-5 an. An der gegenüberliegenden Seite der Membran 14-5 ist eine steife Abstützungsplatte 146 aus geeignetem Werkstoff, beispielsweise aus Stahl, vorgesehen. In der Abstützplatte 14-6

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ist eine zentrioche Öl ?nung 14-8 angeordnet. Das Antriebselement für die Membran 14-5 bildet ein Solenoid 14-7» welches eine Erregerspule 14-9 und einen Tauchkolben enthält. Der Weg des Tauchkolbens 151 wird durch. Anschläge eingestellt, so daß die Volumenänderung der Flüssigkeit bei dem jeweils herrschenden Flüssigkeitsdruck konstantgehalten wird. Falls sich das Ende der Detektorröhre 131» an welchem der Frageimpulsumformer 139 angeschlossen ist, mit Bezug auf das andere Ende der Röhre 131 auf niedrigerer Höhe befindet, wird eine Feder 153 verwendet, welche einen Teil des Druckes aufnimmt. Der Änderungsbetrag des Flüssigkeitsvolumens wird in erster Linie durch den * Hub eingestellt, doch ist dieser Änderungsbetrag auch eine Funktion des Innendurchmessers der Membran 14-5 bzw. zumindest des beweglichen Teiles der Membran.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Impulsumformer 139 und 14-3 ist es, daß diese zur Fehlersicherheitsschaltung oder Abfragung dienenden Impulsumformer aufgrund der Stützplatte 14-6 gegenüber der Flüssigkeitsfüllung 135 hart erscheinen, wenn sich das Solenoid 14-7 im Ruhezustand befindet. Hierdurch wird erreicht, daß bei einer Verletzung der zu schützenden Umgrenzung an den Smpfangs impuls umformern 137 und 14-1

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OWG<^NAU

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eine maximale Druckänderung auftritt. Mit anderen Worten: Ein Druckanstieg in den Detektorröhren 131 und 153 erzeugt keine Volumenanderung in dem Druckraum der Abfrageimpulsumformer 139 und 14-3. Ein solcher Effekt kann nur durch eine Druckabnahme hervorgerufen werden, welche aber während eines Grenzverletzungsvorganges nicht auftritt. An dem Impulsumformer 139 sind Eingangsanschlüsse 155 und 157 angeordnet, welche zum Zuführen elektrischer Energie zu dem Solenoid 14-7 dienen, so daß der Frageimpuls umformer 139 betätigt werden kann.

Während des Betriebes bewirkt die jeweilige Zuführung eines Stromimpulses zu einem der Frageimpulsumformer oder 143 eine sich in der Flüssigkeitsfüllung 135 eier zugehörigen Detektorröhre 131 bzw. 133 ausbreitende Druckwelle, welche von dem zugehörigen Empfangsimpulsumformer 137 bzw. 14-1 aufgenommen wird. Das entsprechende Signal wird durch einen geeigneten Vorverstärker und eine "Verstärkerschaltung geführt, wie sie vorstehend beschrieben worden ist.

Bei der oben beschriebenen Einrichtung dient ein periodisches Signal zur Prüfung, ob in den Detektor-

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röhren 131 oder 133 eine Flüssigkeitsfüllung 135 vorhanden ist. Auch die Frageimpulsumformer 137 und 141 enthalten Membranen, welche durch Fehlersicherheitsprüfungen erfaßt werden, so daß ein flüssigkeitsdichter, starrer Abschluß sichergestellt ist, der für ein ordnungsgemäßes Funktionieren der Einrichtung erforderlich ist.

Der Ausgang der Detektoreinheit wird der Alarmanlage zugeführt. Die Aus gangssignale der Detektoreinheit sind von den beiden piezoelektrischen Kristallen der Empfangsimpulsumformer 137 und 141 abzunehmen. Wie bereits gesagt, sind die Kristalle 138 Jeweils entgegengesetzt geschaltet und der Ausgang derselben wird normalerweise über einen geeigneten Vorverstärker geführt.

An die Alarmanlage gelangt dann das Ausgangssignal des genannten Vorverstärkers. Die Alarmanlage kann ein Tiefpassfilter enthalten, dessen Grenzfrequenz etwa 1 Hz beträgt. Der Ausgang des Filters wird dann in einen geeigneten Verstärker eingespeist. Diese Schaltung ist normalerweise aus Festkörperbauelementen aufgebaut und kann über dem Boden an einem Beobachtungsstand oder innerhalb eines Gehäuses angeordnet sein. Der Ausgang des Verstärkers ist mit einem geeigneten Alarm-Anzeige-

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gerät verbunden, welches beispielsweise die Form eines Lichtanzeigegerätes haben kann, das auf ein von der Detektoreinheit empfangenes Signal anspricht und das Aufleuchten einer Warnlampe auslöst. Zusätzlich kann gegebenenfalls ein akustisches Signal von der Alarmanlage abgeleitet werden, welches der Beobachtungsperson einen Hinweis gibt. ^j

Die Frageimpulsumformer 139 'und 14-3 werden von einem Abi'ragesignalgenerator aus betrieben. Dieser Signalgenerator ist in der Zeichnung schematisch als handbetätigte Einrichtung angegeben, um die komplizierte Darstellung geeigneter elektronischer Schaltungen zu vermeiden. Zwischen den Klemmen 155 und 157 des Impulsumformers 139 liegt ein Schalter 160 in Reihe mit einer Batterie 162. Ein ähnlicher Frageimpulsgenerator kann ν

an den Impulsumformer 14-3 angesohlossen sein. Beim Schließen des Schalters 160 erreicht ein Stromimpuls das Solenoid 147, so daß der Tauchkolben 151 eine Ausbiegung. der Membran 14-5 hervorruft. Durch die Ausbiegung der Membran 14-5 wird der Plussigkeitsfüllung 135 ein Druck- oder Energieimpuls mitgeteilt, auf welchen der Empfang£impulsumformer 137 anspricht. Das elektrische

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Ausgangssignal des Empfangsimpulsumformers 157 dient dann zur Betätigung der Alarmanlage.

Der Frageimpulsgenerator kann elektronischer Bauart sein und beispielsweise einen geeigneten Multivibrator enthalten, welcher jeweils in Abständen von jeweils etwa 10 Minuten ein Signal erzeugt. Ein Impuls fe des Multivibrators löst jeweils zwei Zeitgeber mit einer Zeitgabe von jeweils 1 Sekunde aus, welche^ über geeignete Solenoidtreiber mit den Impulsumformern 139 und 143 verbunden sind. Die Länge der Abfrageimpulse ist jeweils durch die Zeitkonstanten der beiden Einsekunden-Zeitgeber bestimmt und sollte etwa jeweils eine Sekunde betragen. Die Impulse des Abfrageimpulsgenerators können auch dazu verwendet werden, eine Betätigung der Alarmanlage während der Prüfzeitdauer zu verhindern.

Die Einrichtung nach der Erfindung hat also die folgenden Vorteile:

1) Die erfindungsgemäße Einrichtung verursacht verhältnismäßig niedrige Kosten. Insbesondere sind die Kosten geringer alß diejenigen für Mikrowelleneinrichtungen und ähnliche Geräte,

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2) Die Detektoreinheit befindet sich vollständig unter der Erdoberfläche und ist daher der Einsicht vollständig entzogen, was ein wesentliches Merkmal bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Überwachungssystems auf Gebäude innerhalb von Städten bedeutet, wo sichtbare Teile bzw. Gegenstände Sabotageakte oder Beanstandungen aus ästhetischen Gründen herausfordern,

3) Da die Detektoreinheiten sich unter der Erdoberfläche befinden, ist die Einrichtung nicht der Beschädigung durch Hegen, Wind, Mähmaschinen oder dergl. ausgesetzt,

4) Die Detektoreinheiten nach der Erfindung sind streifenempfindlich anstatt flächenempfindlich, wie dies bei jeweils einem einzigen seismischen Fühler der Fall ist, wodurch die erfindungsgemäße Einrichtung besonders für die Überwachung von Umgrenzungen geeignet

5) Aufgrund des Ausgleicheffektes der beiden Detektorröhren 31 und 33 hinsichtlich Drucksignalen, welche von Störungsquellen in größerer Entfernung aus-

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gehen, ist die erfindungsgemäße Einrichtung verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Störungsgeräuschen, wie sie beispielsweise von Straßen oder Wegen herrühren, welche nahe an dem überwachten Bereich vorbeiführen,

■6) Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in einem Umkreis von mehreren Metern beiderseits der Detektorröhren 31 und 33 empfindlich und kann daher nicht außer Betrieb gesetzt werden, ohne daß vorher Alarm ausgelöst wird. Auch eine Entleerung der Röhren oder eine Abschaltung der elektrischen Energie bewirkt eine Alarmauslösung.

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Claims (9)

Patentansprüche;

1. Einrichtung zum Feststellen, ob Lebewesen oder Gegenstände in abgegrenzte Bereiche eindringen, mit einem längs einer Umgrenzung in den Boden eingrabbaren, flüssigkeitsgefüllten System nachgiebiger Röhren, an welche jeweils Empfangsimpulsumformer angeschlossen sind, % die auf von der !Flüssigkeit aufgenommene Impulse ansprechen, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrensystem (31» 33 bzw. 131, 133) zwei nebeneinander mit gegenseitigem Abstand angeordnete Röhren aufweist, die auf Druckwellen unterschiedlich ansprechen, die von einer sich über die Röhren hinwegbewegenden Störungsquelle verursacht werden, und daß jeder dieser Röhren zumindest ein Empfangsimpulsumformer (51) zugeordnet ist, der mit einer Alarmanlage (Figuren 14 und 15) verbunden J

ist, in welcher jedesmal dann Alarm ausgelöst wird, wenn über die Flüssigkeitsfüllung (35 "bzw. 135) der Röhren unterschiedliche Impulse an die Jeweils zugehörigen Empfangsimpulsumformer gelangen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umpfangsimpulsumformer (51 bzw. 137» 1^1) derart

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geschaltet sind, daß Drucksignale gleichen Vorzeichens elektrische Signale von jeweils entgegengesetztem Vorzeichen erzeugen, und daß die Alarmanlage auf zusammengesetzte Signale bestimmter Stärke anspricht, die jeweils von Größenunterschieden der genannten elektrischen Signale abhängen.

3 β Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Empfangsimpulsumformer (51 bzw. 137, 14-1) eine flexible Membran (83 bzw. 136) enthält, deren eine Seite der Flüssigkeitsfüllung (35 bzw. 135) der betreffenden Röhre (31» 33 bzw. 131, 133) ausgesetzt ist, während deren jeweils andere Seite jeweils einen piezoelektrischen Kristall (91 bzw. 138) trägt, derart, daß die spannungsneutrale Ebene der aus Membran und Kristall gebildeten Einheit außerhalb des Kristalles liegt, so daß jeweils der gesamte Kristall unter Spannung gesetzt wird, wenn die jeweils zugehörige Membran unter dem in der zugehörigen Detektorröhre herrschenden Druck ausgebogen wird.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die den Empfangsimpulsumformern (51 bzw. 137, 14-1) jeweils gegenüberliegenden Enden der Detektorröhren (31, 33 bzw. 131, 133) jeweils ein

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Frageimpulsumformer (61 bzw. I39i 14-3) angeschlossen ist iind daß an diese Frageimpulsumformer jeweils ein Frageimpulsgenerator (160, 162) angeschlossen ist, derart, daß über diese Detektorröhren zwecks Prüfung des betriebsbereiten Zustandes der Einrichtung jeweils Abfragesignale übertragen werden können.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Frageimpulsumformer (61 bzw. 139» eine Membran (145) aufweist, deren jeweils eine Seite der Flüssigkeitsfüllung (35 bzw. 135) der betreffenden Röhre ausgesetzt ist, während an deren jeweils anderer Seite ein starres Stützelement (14-6) angeordnet ist (Figur 17).

6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (146) jeweils eine Öffnung (148) ™ aufweisen, durch welche jeweils ein Tauchkolben (151) hindurchragt, welcher derart auf die Membran (145) des betreffenden Frageimpulsumformers einwirkt, daß diese Membran jeweils in Abhängigkeit von einer dem Tauchkolben zugeführten Antriebskraft erregbar ist (Figur 17).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Frageimpulsumformern (61 bzw. 139f 143) jeweils von den Frageimpulsgeneratoren (160, 162) her

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in periodischen Abständen Frageimpulse derart zuführbar sind, daß jeweils abwechselnd der mit der einen Detektorröhre verbundene und der mit der anderen Detektorröhre verbundene Frageimpulsumformer erregt v/erden, so daß in den beiden Detektorröhren (31, 33 bzw. 131, 133) ähnliche Drucksignale ausgelöst werden, wie sie bei Verletzung der zu überwachenden Umgrenzung auftreten.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Frageimpulsumformern (61 bzw. 139t 14-3) von den Frageimpulsgeneratoren (160, 162) her jeweils fortwährend und gleichzeitig Frageimpulse zuführbar sind und daß eine auf die Frageimpulse ansprechende Signalanlage vorgesehen ist, welche eine die Betriebsbereitschaft der Einrichtung meldende Anzeige liefert.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Röhrenpaare (31, bzw. 131, 133) vorgesehen sind, welche sich jeweils über bestimmte Bereiche der zu überwachenden Umgrenzung erstrecken und jeweils zumindestens mit den genannten Empfangsimpulsumformern (5I bzw. 137» 141) verbunden sind,

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