DE1812006C3 - Alarmanlage - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Alarmanlage zur Feststellung seismischer Erschütterungen mit einer Detektoranordnung zur Erzeugung von Ausgangssignalen bei auftretenden Erschütterungen, mit einer an die Detektoranordnung angeschlossenen Verstärkeranordnung, mit einem auf die Ausgangssignale der Verstärkeranordnung ansprechenden Schwellwert-Detektor und mit einer Einrichtung, welche nur auf eine vorgegebene Anzahl von Steuerimpulsen anspricht.

Bei nach dem seismischen Prinzip arbeitenden Alarmanlagen muß dafür Sorge getragen werden, daß Fehlalarme, z. B. durch Schritte kleinerer Tiere, bei einzelnen Erschütterungsstößen, als Folge von durch den Verkehr ausgelösten Erschütterungen usw., vermieden werden. Daher ist man bestrebt, die Anlagen so auszulegen, daß sie nur auf Erschütterungen ansprechen, die von menschlichen Schritten hervorgerufen werden.
Durch die US-PS 32 61 009 ist eine Alarmanlage der eingangs genannten Art bekannt, die so ausgelegt ist, daß für die Auslösung des Alarms vier Impulse innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes mit einem minimalen Abstand auftreten müssen.

Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß die von menschlichen Schritten erzeugten Signale in ihrer Amplitude sehr stark schwanken können, so daß die bekannte Anordnung keine ausreichende Sicherheit gegen Fehlalarme bietet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der durch menschliche Schritte hervorgerufene Störungen klar erkannt werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist gekennzeichnet durch eine bistabile Schaltung, die in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Verstärker-Anordnung durch den Schwellwert-Detektor gesetzt wird, einen zweiten Schwellwert-Detektor, Mittel zum Rückstellen der bistabilen Schaltung, wenn das Ausgangssignal der Verstärker um einen vorgegebenen Betrag unter seine Spitzenamplitude absinkt einen Impuls-Generator zur Erzeugung eines Impulses von vorgegebener Größe und Dauer, Ms die bistabile Schaltung weniger als eine vorgegebene Zeitdauer gesetzt bleibt, eine Trigger-Schaltung, Schaltungsmittel zwischen dem Ausgang des Impuls-Generators und dem Eingang der Trigger-Schaltung, die gesetzt wird, wenn mehr als eine vorgegebene Impulsmeiige erzeugt wird, und Alarm-Ausgangsmittel, die einen Alarm bewirken, wenn die Trigger-Schaltung gesetzt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Anordnung von Geophonen mit ihren Anschlüssen,

F i g. 2 die Anschlüsse der Anordnung von F i g. 1 in ausführlicherer Darstellung,

Fig.3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Alarmanlage,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer anderen erfindungsgemäßen Alarmanlage.

Bei dem ir. F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine geradlinige Reihe von Detektoren 12 zur Feststellung seismischer Erschütterungen (Geophone) innerhalb eines offenen, durch einen Zaun oder eine Mauer begrenzten Bereiches angeordnet. Die Detektoren sind unter der Erdoberfläche vergraben und abwechselnd mit zwei Leitungskreisen 13 und 14 verbunden, die aus ebenfalls unter der Erdoberfläche verlegten Kabeln bestehen, so daß zwei von einander unabhängige, ineinander verzahnte Geophonanordnungen gebildet werden. Um Unempfindlichkeit gegenüber entfernten Signalen zu erreichen, sind die Geophone in jedem Leitungskreis abwechselnd gegenphasig geschaltet, so daß Signale, die auf jeweils zwei Geophone mit gleicher Amplitude und Phasenlage treffen, ausgelöscht werden. Jedes einzelne, gegenphasig geschaltete Paar spricht nur auf nahe Signale an, die von Stellen ausgehen, die merklich näher an dem einen Geophon eines Paares liegen, während Signale, die in der Mitte zwischen einem Paar entstehen, ausgelöscht werden. Die zuletzt erwähnten Stellen entsprechen aber der Lage von Geophonen des anderen Leitungskreises, so daß im Endergebnis alle Erschütterungen, die in der Nähe der verzahnten Detektoranordnungen entstehen, von dem einen oder dem anderen Kreis aufgenommen und als Impulse über die Kabel geleitet werden. Während in F i g. 1 schematisch die Geophone jedes

Leitungskreises abwechselnd mit plus und minus bezeichnet sind, zeigt F i g. 2 in größeren Einzelheiten den Anschluß der Geophone, wobei zu erkennen ist daß in jedem Leitungskreis immer benachbarte Geophone gegenphasig geschaltet sind.

Die beiden Leitungskreise 13 und 14 sind an getrennte Verstärker angeschlossen, deren Ausgangssignale in einem ODER-Tor zusammengefaßt werden, dem ein? Alarmvorrichtung nachgeschaltet ist die einen hörbaren oder sichtbaren oder sonstigen Alarm erzeugt und to damit anzeigt daß in der Nachbarschaft der Geophone eine Störung vorliegt

Bei dem in F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich elektronische Schaltelemente vorgesehen, um die Art der Erschütterungen zu erkennen, damit eine is Alarmauslösung vermieden wird, wenn die Erschütterungen entweder eine zu hohe oder eine zu geringe J Wiederholungsfrequenz aufweisen oder nur ein einzelner Erschütterungsstoß auftritt Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiei wurde die Art von Erschütterungen, die durch Schritte eines Menschen erzeugt werden, als am besten geeignet für die Auslösung des Alarms ausgewählt Die Schaltung ist daher so bemessen, daß sie nur auf Folgen von Erschütterungsstößen vorbestimmter Länge und Wiederholungsfrequenz anspricht Hierdurch wird Unempfindlichkeit gegen lang anhaltende Stöße und Verkehrslärm gewährleistet selbst wenn in kurzen Zeitabständen eine Wiederholung auftritt ferner gegen einen einzelnen, heftigen Stoß, der z. B. durch einen neben die Geophone fallenden Stein erzeugt wird, oder gegen eine wesentlich höhere Wiederholungsfrequenz, die Schritte kleiner Tiere hervorrufen.

Nach gesonderter Verstärkung und geeigneter Filterung in symmetrischen Eingangsverstärkern 15, Filterverstärkern 16 und Detektoren 17 mit regelbarer Verstärkung werden die beiden seismischen Signale von den Leitungskreisen 13 und 14 Hüllkurvendetektoren 18 zugeführt die zugleich als ODER-Tor wirken; hier wird die natürlich abfallende Charakteristik der Erschütterungsstöße künstlich gedehnt Man erreicht dies dadurch, daß man mit den gleichgerichteten Signalen einen Kondensator auflädt, dessen Ladungsstrom durch Schaltungsparameter gesteuert wird.

Die so erzeugten Impulse werden über einen 4s Diodenbegrenzer einem ersten Schmitt-Trigger 20 mit einem derartigen Hystereseverhalten zugeführt das bei Triggerung mit einem Impuls einer vorgegebenen oder darüberliegenden Größe ein Zurückkippen erst nach Verstreichen einer ausreichenden Zeit erfolgt in der der Impuls auf einen niedrigen, durch die Hysterese bestimmten Pegel abgeklungen sein muß. Diese Schaltung erzeugt die gewünschte Sperrung von Impulsen mit hoher Wiederholungsfrequenz oder von langen I^rmimpulsen mit kurzen dazwischenliegenden Unterbrechungen.

Die Vorderflanke des vom Schmitt-Trigger gelieferten Ausgangsimpulses dient zum Triggern einer monostabilen Schaltung 21, die jedesmal, wenn der Schmitt-Trigger getriggert wird, einen Rechteckimpuls gleicher Länge erzeugt

Die Rechteckimpulse werden einem Impulsintegrator 22 oder einer Diodenpumpe zugeführt, dessen bzw. deren Ausgangsspannung der Zahl der ankommenden Impulse proportional ist in Übereinstimmung mit den vorgegebenen Lade- und Entladezeitkonstanten der integrierenden Kondensatorschultung.

Diese resultierende Spannung dient zur Triggerung

eines zweiten Schmitt-Triggers 23, der auf einem Ansprechpegel festgelegt ist der der kleinsten Schrittzahl entspricht die noch festgestellt werden soll; einzelne Impulse oder Impulse nit sehr geringer Wiederholungsfrequenz reichen zur Triggerung der Schaltung nicht aus.

Dieser zweite Schmitt-Trigger betätigt in Verbindung mit einer Treiberstufe 24 ein Relais 25, dessen Kontakte in irgendeiner gewünschten Weise einen Alarmzustand hervorrufen.

Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die beiden den Leitungskreisen 13 und 14 entnommenen seismischen Signale nach getrennter Verstärkung in symmetrischen Eingangsverstärkern 15, in denen fortwährend Leitungsfehler überwacht und festgestellt werden, in Filterverstärkern 16 gefiltert und hinter daran anschließenden Detektoren 17 mit regelbarer Verstärkung zusammengefaßt wobei die Detektoren 17 auch als ODER-Tor wirken.

Die so erzeugten Impulse werden einem ersten und einem zweiten Schwellwertdetektor 118 bzw. 119 sowie einem Spitzenwertdetektor 120 zugeführt, der einen festen Anteil des Spitzenpegels jedes Impulses speichert und mittels eines Klemm-Transistors 121 auf den Null-Pegel zurückgesteuert werden kann. Der erste Schwellwertdetektor 118 wird bei einem Impuls vorgegebener oder darüberliegender Größe ausgelöst, während der zweite Detektor 119 ausgelöst wird, sobald der Impuls auf einen Pegel abfällt, der gleich am festen Anteil des vorher erreichten und in dem Spitzenwertdetektor gespeicherten Spitzenpegel ist und als Bezugswert für den zweiten Detektor verwendet wird. Hierdurch ergibt sich eine eindeutige Basis zur Feststellung der Länge und des Abstandes von seismischen Impulsen.

Der erste Schwellwertdetektor-Ausgangsimpuls versetzt die bistabile Schaltung 122 in den »S-Zustand«. Hierdurch erfolgt eine Aufhebung der Klemmung des Spitzendetektors 120 und eine Ansteuerung der beiden UND-Tore 123 und 124. Das Tor 123 ist normalerweise geöffnet und der Ausgang von der bistabilen Schaltung 122 wird durchgelassen, um eine zeitbestimmende monostabile Schaltung 125 anzustoßen, die wiederum das Tor 126 für einen Zeitraum Γι öffnet Der zweite Detektorausgangsimpuls dient zum Zurückschalten der bistabilen Schaltung 122 in den »R-Zustand«. Hierdurch erfolgt eine Klemmung des Spitzenwertdetektors 120, der nun für den nächsten Signalimpuls bereit ist und es wird das Tor 126 angesteuert. Ferner wird ein ODER-Tor 127 über eine monostabile Schaltung 130 angesteuert. Wenn das Umschaltsignal von der bistabilen Schaltung 122 das Tor 126 innerhalb des Zeitraumes 7Ί erreicht wird es durchgelassen und triggert eine monostabile Schaltung 128, die einen Impuls mit einer Standardlänge erzeugt Falls die Verzögerung, bevor der zweite Detektor 119 getriggert wird, die Zeitdauer Ti überschreitet, kann das Umschaltsignal das Tor 126 nicht passieren und wird gesperrt Auf diese Weise werden seismische Impulse von zu großer Dauer unterdrückt

Die monostabile Schaltung 130 steuert das ODER-Tor 127 für eine Zeit an, die notwendig ist, um eine wiederaufladbare, zeitbestimmende monostabile Schaltung 129 zu kippen, die das Tor 123 schließt und das Tor 124 für einen Zeitraum T% öffnet. Wenn die bistabile Schaltung 122 erneut in den »S-Zustand« durch den ersten Detektor 118 innerhalb einer Zeit T₂ nach der vorherigen Umschaltung zurückgeschaltet wird, kann

sein Ausgang nicht durch das Tor 123 in die monostabile Schaltung 125 gelangen und wird gesperrt. Das Tor 124 steuert auch das ODER-Tor 127 an, das die monostabile Schaltung 129 so lange in geladenem Zustand hält, wie das Tor 124 von der bistabilen Schaltung offengehalten wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß, falls eine Zeit Γ2 während des Vorliegens eines Schaltzustandes der bistabilen Schaltung 122, die monostabile Schaltung 129 aufgeladen wird und festgehalten wird, bis die bistabile Schaltung in den »R-Zustand« zurückgeschaltet wird, so daß das Tor 123 wahrend eines Signalimpulses nicht geöffnet werden kann. Anderenfalls würde die monostabile Schaltung 123 nahe dem Ende eines langen Signalimpulses getriggert werden, die dann das Umschaltsignal der bistabilen Schaltung durch das Tor 126 hindurchlassen würde und von der monostabilen Schaltung 128 registriert würde. Zwischen der monostabilen Schaltung 125 und der bistabilen Schaltung 120 ist eine weitere Verbindung 133 vorgesehen, damit die Rückflanke des Ausgangsimpulses der monostabilen Schaltung die bistabile Schaltung 122 in den »R-Zustand« zurückschalten kann, falls der Detektor 119 ein sehr langsam abklingendes Signal nicht triggern kann. Hierdurch werden Impulse mit hoher Wiederholungsfrequenz unterdrückt

Die von der monostabilen Schaltung 128 erzeugten Impulse von Standardlänge werden einem durchlässigen Impulsintegrator 131 zugeführt, dessen Ausgang der Zahl der ankommenden Impulse proportional ist entsprechend den vorgegebenen Lade- und Entladezeitkonstanten der integrierenden Kondensatorschaltung. Diese resultierende Spannung triggert einen Schmitt-Trigger 132, dessen Ansprechschwelle der kleinsten Schrittzahl, die festgestellt werden soll, entspricht, so daß einzelne Impulse oder Impulse mit sehr geringer Wiederholungsfrequenz die Schaltung nicht triggern können. Dieser Schmitt-Trigger 132 erzeugt am Ausgang ein Signal, mit dem eine Alarmvorrichtung ausgelöst oder eine Anzeigevorrichtung angetrieben werden kann, die einen Alarmzustand in einer beliebigen Weise anzeigt und festhält.

Es sei bemerkt, daß die durch die Tore 124 und 127 sowie die monostabile Schaltung 129 gebildete Schleife entfallen kann, falls ein Differentiationsglied zwischen den Eingang des Tores 123 und < en Einschalt-Ausgang der bistabilen Schaltung 122 eingefügt würde, so daß der beschriebene Zustand vermieden würde. Hierdurch könnten die Tore 124 und 127 entfallen, wobei das letztere durch eine direkte Verbindung zur monostabilen Schaltung 129 ersetzt würde.

Die beschriebene Anlage ist zwar für die Feststellung menschlicher Eindringlinge bemessen, jedoch ergibt sich durch Änderung der Zeitkonstanten eine vielseitige Anwendung der Alarmanlage, um verschiedene Bewegungsarten in einem weiten Bereich festzustellen. Be: Anwendung der erfindungsgemäßen Anlage braucht nicht der menschliche Verstand eingesetzt zu werden um die verschiedenen Arten von normalerweise iir

Boden auftretenden Erschütterungen zu deuten, und e:

kann ein Alarmsignal erzeugt werden, das in beliebig weiter Entfernung überwacht werden kann, wöbe

Fehlalarme weitgehend ausgeschaltet sind. Die Anordnung der Geophone kann in eine Anzah

von Teilen aufgespalten werden, so daß man eint Mehrkanalanlage erhält, die Aufschluß über den Or gibt, an dem sich ein Eindringling auf einem größerei Grundstück befindet

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Alarmanlage zur Feststellung seismischer Erschütterungen mit einer Detektoranordnung zur Erzeugung von Ausgangssignalen bei auftretenden Erschütterungen, mit einer an die Detektoranordnung angeschlossenen Verstärkeranordnung, mit einem auf die Ausgangssignale der Verstärkeranordnung ansprechenden Schwellwertdetektor und mit einer Einrichtung, welche nur auf eine vorgegebene "> Anzahl von Steuerimpulsen anspricht, gekennzeichnet durch eine bistabile Schaltung (122), die in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Verstärkeranordnung durch den Sch well wert-Detektor (118) gesetzt wird, einen zweiten Schwell- '5 wert-Detektor (119), Mitteln zum Rückstellen der bistabilen Schaltung, wenn das Ausgangssignal der Verstärker um einen vorgegebenen Betrag unter seine Spitzenamplitude absinkt, einen Impuls-Generator (128) zur Erzeugung eines Impulses von «» vorgegebener Größe und Dauer, falls die bistabile Schaltung weniger als eine vorgegebene Zeitdauer gesetzt bleibt, eine Trigger-Schaltung (132), Schaltungsmittel zwischen dem Ausgang des Impuls-Generators (128) und dem Eingang der Trigger-Schaltung (132), die gesetzt wird, wenn mehr als eine vorgegebene Impulsmenge erzeugt wird, und Alarm-Ausgangsmittel, die einen Alarm bewirken, wenn die Trigger-Schaltung (132) gesetzt ist

2. Alarmanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spitzenwert-Detektor (120) vorgesehen ist, der den Spitzenwert des Verstärkerausgangssignals feststellt und einen festen Anteil von diesem speichert, um den Pegel zu bestimmen, bei dem der zweite Schwellwert-Detektor (119) anspricht.

3. Alarmanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (128) aus einer monostabilen Schaltung besteht, die gesetzt wird, wenn die bistabile Schaltung (122) gesetzt wird, so daß die vorgegebene Dauer bestimmt wird, in der die bistabile Schaltung zurückgesetzt werden muß, damit ein Impuls erzeugt werden kann.

4. Alarmanlage nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel eine Integrationsschaltung (131) enthalten.