DE1766574C3 - Einrichtung zur Grenzüberwachung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Grenzüberwachung gemäß Oberbegriff des vorstehenden fts Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 31 05 952 ist, allerdings zum Zwecke der Verkehrsüberwachung, beispielsweise zur Fahrzeugzählung und verkehrsflußabhängigen Steuerunj von Ampelanlagen, eine Einrichtung bekannt, die al: Signalempfänger in den Boden eingegrabene, mit einen den Schall leitenden Medium, nämlich Luft, gefüllt« Röhren und als Signalwandler diesen Röhren jeweil: zugeordnete elektroakustische Wandler aufweist unc die von den Fahrzeugen verursachten Bodenerschütte rungen als Schallschwingungen aufnimmt und ii entsprechende elektrische Signale umsetzt

Diese bekannte Einrichtung weist infolge der großer Elastizität der das schalleitende Medium darstellender Luft <;ine verhältnismäßig geringe Empfindlichkeit auf was zur Verwendung bei der Verkehrsüberwachunj selbstverständlich erwünscht ist denn es sollen nur übei die Einrichtung hinwegfahrende Fahrzeuge und nichi etwa auch in einiger Entfernung vorbeifahrende Fußgänger erfaßt werden. Für eine Verwendung zui Grenzüberwachung, d. h. zur Sicherung einer Grenz« gegen unbefugtes Eindringen, beispielsweise von sich heimlich heranschleichenden Personen oder von möglicherweise ferngesteuerten Gegenständen, ist die bekannte Einrichtung wegen ihrer Empfindlichkeit nicht geeignet Ein weiterer Grund, weshalb sich die bekannte Einrichtung zur Grenzüberwachung nicht eignet, liegt darin, daß sie, selbst wenn ihre Empfindlichkeit den für eine Alarmeinrichtung zur Grenzsicherung zu stellenden Anforderungen genügen würde, nicht unterscheiden könnte, ob eine Bodenerschütterung ihre Ursache tatsächlich in einer Grenzverletzung oder nur in einer außerhalb des zu überwachenden Bereiches aufgetretene Störung, beispielsweise im Überschallknall eines Flugzeuges, hat

Bei Grenzüberwachungseinrichtungen wird also die Erfüllung zweier sich widerstreitender Forderungen verlangt, nämlich einerseits sollen sie eine sehr hohe Empfindlichkeit zur Feststellung von Grenzverletzungen aufweisen, jedoch andererseits gegenüber Schallschwingungen auf Grund von außerhalb des zu überwachenden Bereiches auftretenden Störungen unempfindlich sein. Außerdem muß von einer Grenzüberwachungseinrichtung ein streifenförmiger Empfindlichkeitsbereich im Gelände verlangt werden, denn es sollen nur Verletzungsereignisse innerhalb des Grenzstreifens festgestellt werden, während außerhalb der Grenze und innerhalb des umgrenzten Bereiches Bewegungen und Tätigkeiten keine Alarmauslösung herbeiführen sollen.

Aus der US-PS 31 09 165 ist eine Grenzüberwachungseinrichtur.g bekannt, die jedoch hinsichtlich ihres Grundprinzips nicht unter den Gattungsbegriff des vorstehenden Anspruchs 1 fällt weil sie eine Vielzahl entlang des zu überwachenden Grenzstreifens in den Boden eingegrabener piezoelektrischer Wandler aufweist. Bei diesen Wandlern handelt es sich um flächenempfindliche Elemente, deren Empfindlichkeitsbereiche sich gegenseitig überlappen müssen, um Lücken zu vermeiden. Die bei einer Grenzüberwachungseinrichtung wünschenswerte ausgeprägte Streifenempfindlichkeit kann mit dieser bekannten Einrichtung nicht in befriedigender Weise erreicht v/erden. Außerdem ist es bei dieser bekannten Anordnung außerordentlich schwierig. Signale, die von tatsächlichen Grenzverletzungen herrühren, von anderen, äußeren Störeinflüssen von in der Nähe der Grenze befindlichen Schall- oder Bodenerschütterungsquellen zu unterscheiden. Die bekannte Einrichtung sieht deshalb eine Relaisschaltung vor, die verhindern soll, daß im Falle des gleichzeitigen Ansprechens mehrerer

Wandler ein Alarm ausgelöst wird. Allerdings wird die Auslösung eines Alarms nicht nur bei gleichphasigen, gleich starken Signalen an zwei oder mehreren Wandlern verhindert, sondern auch dann, wenn an zwei oder mehr Wandlern Schallschwingungen unterschiedlicher Amplitude oder gleich starke, aber phasenverschobene Signale gelangen, was auf eine in den abgegrenzten Bereich eindringende Person Lindeuten kann, so daß bei der bekannten Einrichtung ein Alarm auch dann unterdrückt werden kann, wenn er eigentlich ausgelöst werden sollte. Außerdem erfordert die Verwendung einer Vielzahl einzelner Wandler bei der bekannten Einrichtung einen beträchtlichen schaltungstechnischen Aufwand.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine nach dem Prinzip der im Oberbegriff des vorstehenden Anspruchs 1 berücksichtigten bekannten Anordnung arbeitende Einrichtung so zu verbessern, daß die obenerwähnten, an Grenzüberwachungseinrichtungen 7.U stellenden Forderungen mit möglichst geringem Aufwand erfüllt werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des vorstehenden Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst

Die erfindungsgemäße Einrichtung bringt den technischen Fortschritt, daß sie streifenempfindlich ist und eine lückenlose Sicherung der zu überwachenden Grenze mit verhältnismäßig geringem Aufwand ermöglicht Sie weist den Vorteil auf, daß sie wegen der unelastischen Flüssigkeitsfüllung eine sehr hohe Empfindlichkeit besitzt, jedoch infolge der gegenphasigen Schaltung der Wandler gleichphasige Schallschvv ingungen in den Röhren unterdrückt und daher gegenüber außerhalb des überwachten Grenzstreifens auftretenden Schallschwingungen unempfindlich ist. Ein Alarmsignal wird nur dann gegeben, wenn zwischen den in den einzelnen Röhren empfangenen Schallschwingungen eine Phasenverschiebung auftritt, was der Fall ist, wenn die empfangenen Schallschwingungen in der Nähe der Röhren erzeugt worden sind, da dann auf Grund der unterschiedlichen Entfernungen zwischen der Schallquelle und den beiden Röhren und des sich daraus ergebenden zeitlichen Unterschieds des Empfangs der Schallwellen durch die beiden Röhren eine Phasenverschiebung zwischen den von den beiden Röhren empfangenen Schwingungen entsteht. Eine solche Phasenverschiebung tritt nicht auf, wenn sich die Schallquelle in größerer Entfernung vo.i den beiden Röhren befindet, wenn beispielsweise also die Schallschwingungen von einer in größerer Entfernung an der Einrichtung vorbeiführenden Straße oder aus der Luft, beispielsweise beim Überschallknall eines Flugzeugs, kommen. Derartige Schailschwingungen kommen praktisch gleichzeitig bei den beiden Röhren an und werden von diesen zwar empfangen, aber da es sich um gleichphasige Schwingungen handelt, wird wegen der gegenphasigen Schaltung der Wandler kein Ausgangssignal abgegeben.

Der Abstand der beiden Röhren der erfindungsgemäßen Einrichtung ist zweckmäßigerweise verhältnismäßig gering und kann etwa im Bereich von 0,6 bis 1,5 m liegen. Die beiden Röhren sind vorzugsweise in einer Horizontalebene verlegt, können jedoch auch, je nach den örtlichen Gegebenheiten oder zu besonderen meßtechnischen Zwecken, in einer mit Bezug zur Bodenoberfiäche schräg oder sogar vertikal verlaufenden Ebene angeordnet sein.

Weisen die zu überwachenden Grenzen große Längen auf, so kann die Grenze durch mehrere hintereinander angeordnete, jeweils einem Grenzabschnitt zugeordnete Einrichtungen nach der Erfindung gesichert werden, wobei die Länge eines Grenzabschnittes vorzugsweise 90 bis 150 m beträgt. Wie Versuche gezeigt haben, liegt bei einer Länge des Röhrenpaars von 120 m die an den Wandlern auftretende Signalintensität von Signalen, die von den Signalquellen erzeugt werden, welche an den von den ίο Wandlern abgewandten Röhrener.den wirksam werden, nur um etwa 4 dB unter der Intensität von entsprechenden Signalen, die von in unmittelbarer Nähe der Wandler befindlichen Signalquellen erzeugt werden. Sind zur Sicherung der Grenze mehrere erfindungsgeis mäße Einrichtungen hintereinander angeordnet, so überlappen sich zweckmäßigerweise die Röhrensysteme der benachbarten Einzeleinrichtungen etwas.

Bevorzugte Ausführungsformen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den vorstehenden Unteransprüchen unter Schutz gestellt

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellt dar

2s Fig. 1 schematisch den grundsätzlichen Aufbau der Einrichtung nach der Erfindung,

Fig 2 eine perspektivische Abbildung einer erfindungsgemäßen Grenzüberwachungseinrichtung,

Fig. 3 schematisch die Anordnung der Einrichtung im Boden,

F i g. 4 eine Schnittdarstellung der Wandler der Einrichtung,

F i g. 5 einen Schnitt !längs der in F i g. 4 angedeuteten Schnittlinie V-V,

VS F i g. 6 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Einrichtung für den Fall hoher Signalimpulsfrequenzen, bei weichen die Flüssigkeitsmasse zu berücksichtigen ist,

F i g. 7 ein Ersatzschaltbild ähnlich F i g. 6 für den Fall niedriger Frequenzen der durch die Flüssigkeit zu übertragenden Impulse,

F i g. 8a bis 8c Ansprechformen der Membran eines Wandlers bei ungleichen Signalen in den beiden Röhren und bei gleichphasigen Signalen,

F i g. 9a bis 9b vergrößerte Schnittdarstellungen von Wandlermembranen mit dem daran angeordneten piezoelektrischen Kristall,

Fig. 10 und 11 Schaltbilder der elektrischen Ausgleichsschaltung der Wandler,

Fig. 12 und 12a ein Oszillogramm, welches das

so Ansprechen der erfindungsgemäßen Einrichtung auf Störsignale zeigt, und eine Skizze, aus welcher der Weg der die Störsignale verursachenden Störsignalquelle zu ersehen ist,

Fig. 13 und 13a ein Oszillogramm der beim ss Überqueren einer eingegrabenen erfindungsgemäßen Einrichtung entstehenden Signale und eine Skizze des Weges der Signalquelle,

Fig. 14 einen schematischen Schaltplan eines Vorverstärkers und eines Verstärkers der Alarmanlage nach der Erfindung,

F1 g. 15 den Schaltplan nach F i g. 14 mit eingetragenen Kennwerten bzw. Typen der Bauelemente,

Fig. 16 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Prüfsignalgenerator f.s und -wandler zum Testen der Betriebsbereitschaft und

Fig. 17 einen Schritt durch den Prüfsignalwandler der Ausführungsform nach Fig. 16.

Die dargestellte Grenzüberwachuneseinrichtune be-

steht aus einer Detektoreinheit, einem Vorverstärker, einer Alarmeinrichtung, einer Prüfeinrichtung und einer Überwachungseinheit.

Die Detektoreinheit enthält zwei flüssigkeitsgefüllte Röhren 31 und 33 aus nachgiebigem Material, beispielsweise Gummi. Die Flüssigkeit ist beispielsweise Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und Glyzerin oder eine andere Flüssigkeit mit niedrigem Gefrierpunkt.

Die vollständige Detektoreinheit ist in F i g. 2 gezeigt. Die Enden der beiden Röhren 31 und 33 sind jeweils an aus Metall bestehenden Armaturen 37 und 39 bzw. 41 bzw. 43 angeschlossen. Jede Armatur weist ein handbetätigbares Ventil 45 zum Absperren beim Transport oder Während Reparaturarbeiten auf. Die Armaturen 37 und 41 sind über T-Stücke 57 an ein Kopfstück 51 angeschlossen, innerhalb welchem die Röhren 31 und 33 mit Wandlern 53 und 55 ( F i g. 4 und 5) 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 anderen Enden der Röhren sind an Kopfstücke 61 angeschlossen, innerhalb welchen die Röhren an Prüfsignalwandler 63 und 65 angeschlossen sind.

Die an den beiden Enden der Detektoreinheit befindlichen Kopfstücke 51 und 61 bestehen jeweils aus zwei aneinandergesetzten Gehäusehälften 75 und 77 ( F i g. 4 und 5), die zwischen sich jeweils zwei Kammern 79 und 81 bilden. In jeder dieser Kammern ist ein Wandler 53 bzw. 55 bzw. 63 bzw. 65 angeordnet to (F i g. 8a, 8b und 8c). Jede Kammer ist durch eine Membran 83 des in ihr befindlichen Wandlers in zwei Teile unterteilt von denen der eine Teil flüssigkeitsgefüllt ist, während der andere Teil Luft enthält Jeder Wandler 53, 55, 63, 65 weist eine piezoelektrische keramische Scheibe 91 auf, die jeweils an der dem luftgefüllten Teil der Kammer 79 bzw. 81 zugekehrten Seite zentrisch an der Membran 83 befestigt ist. Bei von den Röhren aufgenommenen Druckimpulsen übt die in den Röhren 31 und 33 befindliche Flüssigkeit 35 einen Druck auf die Membran 83 aus und biegt diese zusammen mit der darauf befestigten piezoelektrischen Scheibe 91 entsprechend aus. Die Ausbiegungsrichtung hängt von der jeweiligen Richtung dieser Druckimpulse ab und bewirkt, daß an der piezoelektrischen Scheibe eine elektrische Spannung auftritt deren Polarität von der Ausbiegungsrichtung abhängt Diese Spannung wird durch einen durch einen Anschlußstutzen der Gehäusehälfte 77 des Kopfstücks 51 bzw. 61 hindurchgeführten Anschluß 93 abgenommen.

Die relativen Dicken der piezoelektrischen Scheibe 91 und der Membran 83 sind so gewählt daß bei deren Verbiegung die spannungsneutrale Ebene innerhalb der Membran 83 verläuft Dieser Sachverhalt ist in den F i g. 9a und 9b der Zeichnungen angedeutet

Der Flüssigkeitsstand im Vorratsbehälter 71 ist so hoch gewählt daß die Höhe der Flüssigkeitssäule eine leichte Vorspannung der Wandlermembranen bzw. der piezoelektrischen Scheiben 91 bewirkt

Die piezoelektrischen Scheiben 91 der beiden Wandler an einem Ende des Röhrenpaars sind gegenphasig zusammengeschaltet so daß bei Einwirkung von gleich starken, gleichphasigen Druckimpulsen die Spannung Null auftritt Diese Schaltung ist in den F i g. 8a, 8b und 8c wiedergegeben. F i g. 8a zeigt den Zustand bei nur an einem Wandler auftretender Zugspannung. In diesem Falle tritt an den Ausgängen 95 ein Differenzsignal auf. Die Fig.8b und 8c verdeutlichen die Wirkung gleicher Membranauslenkungen. In beiden Fällen ist das sich ergebende Ausgangssignal Null.

Zum Zwecke der Überprüfung der Betriebsbereit· schaft der Wandler 53 und 55 wird den an den von dem Vorratsbehälter 71 entfernt gelegenen Enden der Detektoreinheiten angeordneten Prüfsignalwandlern ein Prüfsignal, beispielsweise ein 60-Hz-Wechselspannungssignal, zugeführt. Das Prüfsignal erzeugt bei dem einen Prüfsignalwandlcr eine Membranausbiegung in der einen Richtung und beim anderen Prüfsignalwandler eine Membranausbiegung in der anderen Richtung, so daß durch die Flüssigkeitsfüllung Impulse mit gegengesetzter Polarität zu den Wandlern 52 und 55 übertragen werden.

In den F i g. 8a bis 8c sind die Wandler 53,55,63 und 65 jeweils parallel gegenphasig geschaltet sie können jedoch auch in Reihe gegeneinander geschaltet sein.

Die Wandler 53 und 55 bzw. 63 und 65 an jedem Ende der flüssigkeitsgefüllten Röhren 31 und 33 sind in geeigneter Weise abgeglichen, beispielsweise durch einen veränderlichen Kondensator 102, der parallel zu einem der beiden Wandler des Wandleirpaares 53, 55 bzw. 63,65 geschaltet ist ( F i g. 10 und 11).

Die Fig. 14 und 15 zeigen die Verstärkerschaltung der Alarmanlage, wobei in F i g. 15 die Kennwerte bzw. Typen der verwendeten Bauelemente eingetragen sind. Diese Schaltung enthält einen Vorverstärker mit in Kaskade geschalteten Feldeffekttransistoren Fl und F2, einen Transistor Q 3 und einen integrierten Schaltkreis MO. Das vom Wandlerpaar 53, 55 kommende Eingangssignal gelangt über eine die Transistoren vor Überspannungen schützende Schaltung mit Dioden Di und D 2 an die Basis des Transistors Fl. Der Transistor F2 dient der Temperaturkompensation und als Konstantstromquelle für den Transistor Fl. Das Ausgangssignal des Transistors Fl wird der Basis des Transistors Q 3 zugeführt, dessen Ausgangssignal an den integrierten Schaltkreis MO gelangt. Dioden D 5 und D 6 dienen zum Schutz eines Kondensators Cl, der hochfrequente Störimpulse unterdrückt.

Das Ausgangssignal des Vorverstärkers wird der Alarmanlage zugeführt. Die Alarmanlage enthält Transistoren Ql, Q 2, QA, Q 5 und Q 6. Das Ausgangssignal des Vorverstärkers gelangt über einen Kondensator C2 hoher Kapazität zur Basis des Transistors Q1 (über Kondensator C3) und außerdem über ein Filter FI zur Basis des Transistors Q 5. Das Filter Fi unterdrückt das 60-Hz-Pn-f signal, so daß das dem Transistor ζ>5 zugeleitete Signal ausschließlich die von einer enteckten Stöi-ungsquelle verursachte Signalspannung ist Bei Abwesenheit eines Störsignals wirkt auf den Transistor Q 5 nur eine am Widerstand Ri abgegriffene Vorspannung.

Der im wesentlichen aus dem 60-Hz-Prüfsignal bestehende Ausgang des Transistors <?5 gelangt über einen Widerstand Ä2 und Kondensatoren C4und C5 zur Basis des Transistors Q 2. Parallel zum Eingang des Transistors QI sind entgegengesetzt gepolte Dioden D 3 und DA geschaltet welche die an der Basis des Transistors Q 2 anstehenden Wechselspannungen unterhalb eines bestimmten Pegels halten. Das Ausgangssignal des Transistors Q 2 wird über Kondensatoren Cl und C8. einen Widerstand R 4 und einen Kondensator C9 der Basis des Transistors <?6 zugeführt Der Ausgang des Transistors <?6 gelangt zu einem Kondensator ClO, wird von Dioden D 20 und D 21

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gleichgerichtet und dann über einen Widerstand R 5 der Basis des Transistors Q 4 zugeführt, welcher die Spule eines Relais R speist. Im betriebsbereiten Zustand der Einrichtung ist der Transistor Q 4 leitend, und das Relaio R ist erregt, so daß Relaiskontakte Ra geschlossen und Ruhekontakte Rb geöffnet sind. Die Relaiskontakte Ra und Rb sind mit dem Alarm-Anzeigegerät verbunden. 1st der Kontakt Ra geschlossen, so meldet das Alarm-Anzeigegerät lediglich, daß die Einrichtung betriebsbereit ist.

Die Alarmanlage enthält ferner einen Diskriminator DR, welcher aus Zenerdioden Zl bis Z 5 und Z 6 bis ZlO besteht, die paarweise in Reihe zwischen die Speiseleitungen L1 und L 2 geschaltet sind. Die Diodenpaare weisen fortschreitend zunehmende Durchbruchspannungen auf, und zur Wahl des jeweils gewünschten Diodenpaares dient ein Wählschalter CW, über dessen Schaltarm 104 das vom Ausgang des Transistors Q2 kommende Signal dem Diskriminator DR zugeführt wird.

Die jeweils gewählten Zenerdioden befinden sich normalerweise im nichtleitenden Zustand. Liegt am Diskriminator DR eine Spannung, die höher als die Durchbruchspannung des gewählten Diodenpaares ist, so bricht eine Diode jeweils während einer positiven Halbwelle dieser Spannung und die andere Diode jeweils während der negativen Halbwellen durch. Befindet sich die Einrichtung im betriebsbereiten Zustand und wird kein Versuch unternommen, die überwachte Umgrenzung zu überschreiten, so liegt die vom Transistor Q 2 an den Diskriminator DR gelangende Spannung unter der Durchbruchspannung des gewählten Diodenpaars (beispielsweise der Dioden Z3undZ8).

Treten in den Röhren 31 und 33 nur Gleichtaktsignale gleicher Amplitude, beispielsweis»vom Straßenverkehr oder vom von seismischen Erschütterungen, jedoch keine echten Störsignale auf, so besteht das einzige, an der Ausgangsleitung LO auftretende Signal in dem 60-Hz-Prüfsignal. Dieses Signal gelangt zur Basis des Transistors Qi, jedoch auf Grund der Wirkung des Filters FI nicht zur Basis des Transistors Q5. Der Transistor Q 2 gibt dann über den Wählschalter CWein Wechselspannungssignal mit abgeschnittenen Amplitudenscheiteln an den Diskriminator DR und ein entsprechendes Signal an die Basis des Transistors <?6 ab. Das zu dem Diskriminator DR gelangende Signal liegt unter der Durchbruchsspannung der Dioden Z3 bzw. ZS, und das am Transistor Q 6 anstehende Signal erzeugt ein begrenztes Wechselspannungssignal, wel- ^₀ ches über einen Kondensator C 10 und Spannungsverdopplungsdioden D 20 und D 21 eine Aufladung des Kondensators C20 bewirkt, so daß der Transistor Q 4 leitend sowie das Relais R erregt und der Kontakt Ra geschlossen bleiben, wodurch die Betriebsbereitschaft _?(; angezeigt wird.

Wird ein Versuch gemacht, in den betreffenden umgrenzten Bereich einzudringen, so gelangt über den Widerstand RS und das Filter FJ ein Signal zum Transistor Q 5. Am Schaltarm 104 des Wählschalters CW erscheinen dann über den Widerstand R 9 Signalspannungen wechselnder Polarität jedoch im allgemeinen niedriger Frequenz. Jeweils abhängig von der Signalpolarität wird entweder die Zenerdiode Z 3 oder die Zenerdiode ZS leitend. Das 60-Hz-Wechsel-Spannungssignal, welches bisher der Basis des Transistors Q 6 zugeführt wurde, wird nun unterdrückt Da der Transistor (?6 dieses 60-Hz-SignaI nicht mehr erhält

entlädt sich der Kondensator C20 über den Widerstand R 20, und die Dioden D 20 und D23 und der Transistor Q4 werden nichtleitend, so daß das Relais R abfällt, der Kontakt Ra geöffnet und der Kontakt Rb geschlossen und ein Alarm ausgelöst wird.

Nunmehr sei ein fehlerhafter Betrieb der Einrichtung betrachtet und angenommen, daß die Wandler 53 und 55 parallel geschaltet sind. Entsteht an einem der Wandler ein Kurzschluß, so liegt dieser parallel zur Wandleranordnung. Das Relais R fällt ab, so daß sein Ruhekontakt Rb geschlossen und im Alarm-Anzeigegerät der fehlerhafte Zustand der Einrichtung gemeldet wird. Wird der Stromkreis eines der Wandler 53 oder 55 aufgetrennt, entsteht am Ausgang der Wandlerschaltung eine Gleichgewichtsabweichung. Eine von weit her kommende Störung würde dann unmittelbar einen Alarm auslösen.

Ein Eindringen in die zu überwachende Umgrenzung kann infolge der Betriebsweise des Relais R von einem ausgetretenen Fehler an einem der Wandler unterschieden werden. Bewegt sich eine Person oder ein Gegenstand auf die Umgrenzung zu, so wird das Relais R wiederholt erregt und entregt. Im Alarm-Anzeigegerät können also Vorkehrungen getroffen werden, die eine Alarmauslösung nur bei der für eine Grenzverletzung charakteristischen wiederholten Betätigung der Kontakte Ra und Rb ermöglichen. Bei einem Fehler an einem der Wandler erfolgt im Gegensatz, dazu eine bleibende Entregung des Relais R.

Die Fig. 12 und 13 zeigen das Ansprechen der Einrichtung im praktischen Einsatz. Das Diagramm nach Fig. 12 entstand, als sich eine Person in der aus Fi g. 12a ersichtlichen Weise bewegt. Die Versuchsperson ging dabei nacheinander im Abstand von etwa 0,3, 0,6, 0,9, 1,2 und 1.5 m parallel an der Röhre 33 entlang. Bei dem Abstand 0,3 m von der Detektorröhre 33 entstand gemäß Fig. 12 ein Signal ganz beträchtlicher Amplitude. Mit zunehmendem Abstand von der Röhre 33 nimmt die Amplitude der erzeugten Signale ab, bis bei einem Abstand von !.5 m des Weges der Versuchsperson von der Röhre 33 nur noch ein verhältnismäßig schwaches Signal erzeugt wird.

Fig. 13 zeigt das Ansprechen der Wandler, wenn eine Person die flüssigkeitsgefüllten Detektorröhren überquert (Fig. 13a). Es entstanden zwei VVellenzüge, von denen einer beim Überqueren der Detektorröhre 33 und der andere beim Überqueren der Detektorröhre 31 entstand.

Fig.6 der Zeichnungen zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild des dem aus einem Wandler und der dazugehörigen Detektorröhre gebildeten mechanischen Systems.

Für jede Störungsquelie an irgendeinam Punkt längs der Leitungen bzw. Röhren ist eine Druckänderung eigentümlich. Dieser Sachverhalt läßt sich durch eine Kraftquelle Ndarsteilen, deren zugehörige mechanische Impedanz Zn ist. Im aligemeinen Falle bewirkt die Störungskraft eine Beschleunigung der Flüssigkeit wobei Ableitungsverluste auf Grund viskoser Scherung in der Flüssigkeit entstehen und die Röhre in anderen Bereichen ausgeweitet wird, da der Boden und die Röhre nachgiebige Systemteile sind. Wirkt schließlich die Kraft gegen den elektromechanischen Wandler, so erscheint eine Spannung an den elektrischen Anschlüssen.

Für die Detektorröhren ist eine Arbeitsgeschwindigkeit c charakteristisch, welche sich annähernd durch folgende Gleichung bestimmen läßt wenn die Flüssig-

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keitsviskosität vernachlässigt wird:

Flüssigkeitsmasse je Längeneinheit

Volumenmäßige Nachgiebigkeit der Röhre je Längeneinheit

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

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

Cf = freie Kapazität des Wandlers,

Rw = mechanische Viskositätsdämpfung je Längeneinheit,

Mw = Flüssigkeitsmasse je Längeneinheit,

Ch = Nachgiebigkeit der Röhre je Längeneinheit,

N = störende Kraft,

Zn = Impedanz der Kraftquelle,

F = Prüfsignalquelle.

Fig. 16 der Zeichnungen zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Einrichtung.

Die Detektoreinheit enthält wiederum zwei flüssigkeitsgefüllte Röhren 131 und 133 mit Ventilen 134. An die einen Enden der Röhren 131 und 133 sind elektroakustische Wandler 137 bzw. 141 angeschlossen, während die anderen Enden dieser Röhren Prüfsignalwandler 139 bzw. 143 angeschlossen sind. Die Wandler <37 und 141 sind untereinander gleich und gegenphasig geschaltet und arbeiten nach dem piezoelektrischen Prinzip, wie oben beschrieben worden ist. Sie enthalten jeweils eine Membran 136, an welcher die Flüssigkeitsfüllung 135 ansteht. An der anderen Seite der Membran 136 ist jeweils ein piezoelektrischer Kristall 138 angeordnet, welcher Ausbiegungen der Membran 136 in elektrische Signale umsetzt.

Die Prüfsignalwandler 139 und 143 sind unter siel gleich, und einer dieser Prüfsignalwandler ist in Fig. 17 im einzelnen dargestellt. Er enthält eine Membran 14i aus flexiblem Werkstoff, beispielsweise Chlorbutadien

ίο mit einer Dicke von beispielsweise 1,55 mm. An der vor der Flüssigkeit abgewandten Seite der Membran 145 is eine steife Abstützungsplatte 146, beispielsweise au: Stahl, vorgesehen, in der eine zentrische öffnung 14f angeordnet ist. Das Antriebselement für die Membrar 145 ist ein Elektromagnet 147 mit einer Erregerspuk 149 und einem Tauchkolben 151. Falls sich das Ende dei Detektorröhre 131, an welchem der Prüfsignalwandlei 139 angeschlossen ist, mit Bezug auf das andere Ende dieser Röhre auf niedrigerer Höhe befindet, findet eine Ausgleichsfeder 153 Anwendung.

Auf Grund der Stützplatte 146 erscheinen die Prüfsignalwandler gegenüber der Flüssigkeitsfüllung 135 hart, wenn sich der Tauchkolben 151 irr Ruhezustand befindet. Hierdurch wird erreicht, daß be einer Grenzverletzung an den Wandlern 137 und 141 eine maximale Druckänderung auftritt.

Die Prüfsignalwandler 139 und 143 werden von einerr Prüfsignaigenerator gesteuert, der hier als zwischen der Klemmen 155 und 157 des Prüfsignalwandlers 139 ir Reihe mit einer Spannungsquelle 162 liegender Schaltei 160 dargestellt ist. Der Prüfsignalgenerator kanr elektronischer Bauart sein und beispielsweise einer Multivibrator enthalten, der in Abständen von jeweil: etwa 10 Minuten ein Signal erzeugt. Ein Impuls de« Multivibrators löst jeweils zwei Impulsgeber mit einei Impulsdauer von beispielsweise 1 Sekunde aus, welche über geeignete Treiber mit den Prüfsignalwandlern 13S und 143 verbunden sind.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

1. Patentansprüche:

   t. Einrichtung zur Grenzüberwachung, mit in den Bodtn eingrabbaren, nachgiebigen, ein den Schall leitendes Medium enthaltenden Röhren und diesen jeweils zugeordneten elektroakustischen Wandlern zum Umsetzen der von den Röhren empfangenen Schallschwingungen in elektrische Signale, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der zu überwachenden Grenze mindestens ein Röhrenpaar (31,33 bzw. 131,133) verläuft und daß die den beiden ilüssigkeitsgefüllten und mit gegenseitigem Abstand angeordneten Röhren zugeordneten Wandler (51) bzw. 137,141) gegenphasig geschaltet sind und einer nachgeschalteten Alarmanlage (Fig. 14) nur die Differenz der beiden empfangenen Signale zuführen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (51 r-zw. 137,147) jeweils eine die betreffende Röhre (31 bzw. 33; 131 bzw. 133) abschließende Membran (83 bzw. 136) und einen, an der nicht der Flüssigkeitsfüllung zugewandten Membranseite angeordneten Piezokristall (91 bzw.

   138) aufweisen und daß die spannungsneutrale Ebene der aus Membran und Kristall gebildeten Anordnung innerhalb der Membran verläuft.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an dem vom Wandler (51 bzw. 137, 141) abgewandten Ende der Röhren (31,33 bzw. 131,133) ein an einen Prüfsignalgenerator (160,162) angeschlossener Prüfsignalwandler (61 bzw. 139, 143) zum Testen der Betriebsbereitschaft der Einrichtung angeschlossen ist
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfsignalvandler (139 bzw. 141) eine mit einer Seite der Flüssigkeitsfüllung der betreffenden Röhre (131 bzw. 133) zugewandte Membran (148) und einen an der anderen Membranseite befestigten elektrischen Tauchkolben (151) aufweist
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfsignalgeneratoren (160, 162) in periodischen Abständen und jeweils abwechselnd ein Prüfsignal an den Prüfsignalwandler (z. B.

   139) der einen Röhre (z. B. 131) und den Prüfsignalwandler (z. B. 143) der anderen Röhre (z. B. 133) des Röhrenpaares anlegen.
6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfsignalgeneratoren (160, 162) an beide Prüfsignalwandler (139, 143) kontinuierlich Prüfsignale anlegen und daß eine auf die Prüfsignale ansprechende und die Betriebsbereitschaft der Einrichtung anzeigende Vorrichtung vorgesehen ist
7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, jeweils entlang eines Abschnitts der zu überwachenden Grenze verlaufende Röhrenpaare (31, 33) vorgesehen sind.

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