DE19647905A1 - Vorrichtung zur Überwachung eines elektronischen Sicherungselementes in einer Abfragezone - Google Patents
Vorrichtung zur Überwachung eines elektronischen Sicherungselementes in einer AbfragezoneInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung
eines elektronischen Sicherungselementes in einer
Abfragezone, bestehend aus einer Sendeeinrichtung, die
zumindest ein periodisches Abfragesignal in die Abfragezone
aussendet, wobei das Abfragesignal das Sicherungselement
zur Aussendung eines Erkennungssignals anregt, einer
Empfangseinrichtung mit zumindest einem Empfangskanal, die
das Erkennungssignal empfängt, und einer Rechen-/Regeleinheit,
die die von der Empfangseinrichtung
empfangenen Signale auswertet und bei Identifizierung des
Sicherungselementes einen Alarm auslöst. Die erfindungs
gemäße Vorrichtung ist sowohl zur Überwachung von
Resonanzfrequenz-Sicherungselementen als auch zur
Überwachung von elektromagnetischen Sicherungselementen
geeignet.
Zur Detektierung von elektromagnetischen Sicherungs
elementen in einer Abfragezone wird in der EP 123 586 B
vorgeschlagen, zusätzlich zu zwei Abfragefelder mit den
Frequenzen F1 und F2 im kHz-Bereich ein Feld mit einer im
Hz-Bereich liegenden Frequenz F3 in die Abfragezone zu
senden. Die beiden Abfragefelder mit den Frequenzen F1 und
F2 regen ein in der Abfragezone befindliches
Sicherungselement zur Aussendung eines charakteristischen
Signals mit den Intermodulationsfrequenzen n.F1 ± m.F2 (n,
m = 0, 1, 2,. . .) an. Das niederfrequente Abfragefeld
bewirkt, daß das Sicherungselement im Takt dieses Feldes
von der Sättigung in eine Richtung zur Sättigung in die
andere Richtung getrieben wird. Das Erkennungssignal tritt
daher periodisch mit der Frequenz des niederfrequenten
Feldes auf.
Als alternative Lösung ist auch bekannt geworden, lediglich
ein im kHz-Bereich liegendes Abfragefeld zur Erregung des
Sicherungselementes zu verwenden, wobei das Erkennungs
signal des Sicherungselementes wiederum im Takte eines
niederfrequenten Feldes, das das weichmagnetische, nicht
lineare Material zwischen den beiden Sättigungen hin- und
hertreibt, auftritt.
Störpulse, also hochfrequente Signale mit einer Bandbreite,
die größer ist als die des Erkennungssignals eines
Sicherungselements, werden von verschiedenen Störquellen
erzeugt. Als Beispiele seien Pulse genannt, die von
Motoren, Fernsehmonitoren oder vorbeifahrenden Straßen
bahnen verursacht werden. Diese Störpulse führen zu einer
Verringerung der Empfindlichkeit des Überwachungssystems
für elektronische Sicherungselemente. Darüber hinaus können
sie auch einen Fehlalarm in dem elektronischen
Überwachungssystem auslösen. Ein derartiger Fehlalarm ist
natürlich äußerst unerwünscht, da er sowohl das Personal
als auch die Kunden verwirrt oder verärgert.
Zur Vermeidung beider Nachteile, die sich aufgrund des
Auftretens von Störpulsen ergeben, ist bislang lediglich
bekannt geworden, der Rechen-/Regeleinheit feste
Störpulsmuster vorzugeben. In der Praxis bedeutet dies, daß
ein Störpuls, der die Form eines bekannten Störpulses
besitzt, von den empfangenen Signalen entfernt werden kann,
nicht jedoch ein Störpuls mit einer davon abweichenden
Form. Letzterer vermindert auch weiterhin die
Empfindlichkeit der Überwachungsvorrichtung und stellt auch
weiterhin eine Gefahrenquelle für einen Fehlalarm dar. Die
gleiche Wirkung zeigt sich übrigens, wenn die Filterung der
Empfangsvorrichtung nicht exakt justiert ist oder wenn die
Induktivität oder der Q-Faktor der Empfangsspulen außerhalb
einer vorgegebenen Toleranz liegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
vorzuschlagen, die das Erkennen von Artikeln, die mit
elektronisch detektierbaren Sicherungselementen ausge
stattet sind, innerhalb einer Abfragezone verbessert.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rechen-/Regeleinheit
anhand der empfangenen Signale der einzelnen
Empfangskanäle Störpulse erkennt, von den Störpulsen in
einem selbst-lernenden Prozeß eine entsprechende Signalform
erstellt und die empfangenen Signale von den ermittelten
Störpulsen befreit. Damit ist die erfindungsgemäße
Vorrichtung dazu geeignet, unterschiedlichste Formen von
auftretenden Störpulsen zu analysieren und nachfolgend von
den empfangenen Signalen zu entfernen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß die
Rechen-/Regeleinheit einen Störpuls während einer
Initialisierungsphase folgendermaßen ermittelt: nach
Einschalten von Sendevorrichtung und Empfangsvorrichtung
werden die empfangenen Signale über mehrere Zyklen
gespeichert (der Zyklus ist - beispielsweise bezogen auf das
in der Einleitung beschriebene Überwachungssystem - durch
das niederfrequente Abfragefeld vorgegeben) und auf
mögliche Störpulse hin untersucht. Für den Fall, daß
zumindest ein Störpuls innerhalb des beobachteten
Zeitintervalls aufgefunden wird, wird ein Mittelwert des
Störpulses über mehrere Zyklen gebildet; von dem Mittelwert
des Störpulses wird der Gleichspannungsanteil dc_Mittelwert
subtrahiert, wobei dc_Mittelwert definiert ist als:
wobei i der Anzahl der Meßwerte innerhalb des Störpulses
entspricht; i nimmt also die Werte von i=0 bis i=Pulslänge
minus 1 an. Anschließend errechnet die Rechen-/Regeleinheit
die Energie des Störsignals und speichert die gewonnene
Information. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die
Rechen-/Regeleinheit die Energie se (= Energie_Puls) des
Störpulses nach folgender Formel berechnet:
mit Puls_nodc(i) = Puls(i) -dc_Mittelwert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungs
gemäßen Vorrichtung speichert die Rechen-/Regeleinheit nach
Abschluß der Initialisierungsphase die empfangenen Signale
(r(s)) über einen Zyklus; sukzessive vergleicht sie Test
signale der Pulslänge (i) für s=0 bis s=(Ende minus Puls
länge) mit dem während der Initialisierungsphase ermittel
ten Störsignal bzw mit den während der Initialisierungs
phase ermittelten Störsignalen. Das in dem selbstlernenden
Prozeß ermittelte Störsignal wird von dem jeweils
betrachteten Testsignal der Pulslänge (i) entfernt, wenn
die Übereinstimmung zwischen dem Testsignal und dem
vorgegebenen Störsignal einen vorgegebenen Wert erreicht
oder überschreitet.
Um die Störpulse, deren Signalform während der
Initialisierungsphase ermittelt worden ist und die in den
empfangenen Signalen nachfolgend in unregelmäßigen
Abständen auftreten, zu erkennen, unterzieht die Rechen-/Regeleinheit
die Testsignale vorteilhafterweise der
folgenden Korrelation:
Der Gleichspannungsanteil rdc der Testsignale wird mittels
der Rechen-/Regeleinheit nach folgender Formel berechnet:
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, einen
Störpuls über einen Vergleich der Energie des vermutlichen
Störpulses mit der Energie des korrelierten Signals zu
identifizieren. Hierzu berechnet die Rechen-/Regeleinheit
die Energie der empfangenen Signale folgendermaßen:
Anschließend bestimmt sie den Signalanteil nach folgender
Beziehung:
Signalanteil(s) ← (cr(s)) 2 /(se(s).de(s)).
Stimmen die Signalformen miteinander überein, so erreicht
der Signalanteil(s) seinen maximalen Wert 1. Werte kleiner
als 1 kennzeichnen Signal formen deren Ähnlichkeit mit der
während der Initialisierungsphase ermittelten Störpulsform
geringer ist.
Um sicherzugehen, daß es sich bei dem vermutlichen
Störsignal um ein tatsächliches Störsignal handelt, wird
das Störsignal von den empfangenen Signalen nur dann
entfernt, wenn der über die Energien ermittelte
Signalanteil (s) oberhalb eines vorgegebenen
Schwellenwertes liegt. Vorteilhafterweise liegt dieser
Schwellenwert bei 0.9.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Detektierung eines mit einem Sicherungs
element versehenen Artikels in einer Abfragezone und
Fig. 2: ein Blockschaltbild einer vorteilhaften
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 3: ein Flußdiagramm eines vorteilhaften Programms zur
Ansteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Detektierung eines mit
einem Sicherungselement 2 versehenen Artikels in einer
Abfragezone 3. Die Abfragezone 3 wird von zwei im
wesentlichen parallel aufgestellten Detektorgattern
gebildet, die die Sendevorrichtung 4 und die
Empfangsvorrichtung 5 enthalten. Selbstverständlich können
beide Vorrichtungen 4, 5 auch in einem Detektorgatter
untergebracht sein. Die Steuerung der Überwachungs
vorrichtung 1 sowie die Auswertung der Meßwerte erfolgt
mittels der Rechen-/Regeleinrichtung 7.
In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Überwachungssystems
für elektromagnetische Sicherungselemente (2) dargestellt.
Die beiden Sendeantennen der Sendevorrichtung 4 senden
magnetische Abfragefelder mit den Frequenzen F1, F2 und F3
in die Abfragezone 3. Diese Abfragefelder werden von einem
spannungsgesteuerten Oszillator 8 erzeugt und über die
Verstärker 10 verstärkt. Durch die Abfragesignale wird das
elektromagnetische Sicherungselement 2, das im wesentlichen
aus einem Metall mit nicht-linearen magnetischen Eigen
schaften besteht, zur Aussendung von Erkennungssignalen im
Takte des niederfrequenten (F3) Abfragefeldes angeregt.
Durch das niederfrequente Abfragefeld F3 wird ein Zyklus
bestimmt. Die von der Empfangsvorrichtung 5 empfangenen
Signale r(s) werden verstärkt (Verstärker 11) und über den
Analog-Digital-Wandler 9 der Rechen-/Regeleinheit 7 zwecks
Auswertung zugeleitet.
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm eines vorteilhaften Programms
zur Ansteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Das
Programm startet bei Punkt 12; bei Punkt 13 werden sowohl
die Sendevorrichtung 4 als auch die Empfangsvorrichtung 5
aktiviert. Die empfangenen Signale r(s) werden - wie unter
Programmpunkt 14 aufgeführt - über mehrere Zyklen m
gespeicherte wobei m eine ganze Zahl ist. Bei 15 werden die
empfangenen Signale r(s) nach möglichen Störpulsen
abgesucht, wobei pro Empfangskanal ein Störpulsmuster für
jeden auftretenden Störpuls gebildet wird (Punkt 16). Bei
Programmpunkt 17 wird eine Kopie des Störpulsmusters mit
subtrahiertem Gleichspannungsanteil hergestellt. Unter
Programmpunkt 18, bei dem eine Berechnung der Energie se(i)
der einzelnen Störpulse erfolgt, wird die Initialisierungs
phase beendet.
Mit Punkt 19 beginnt dann das eigentliche Steuerprogramm,
das bei Programmpunkt 29 endet und dann in einer Schleife
wiederum zum Punkt 19 zurückkehrt. Bei Punkt 19 werden die
während eines Zyklus empfangenen Signale gespeichert;
anschließend werden unter Programmpunkt 20 von den
gespeicherten, empfangenen Signalen r(s) sukzessive -
beginnend bei s=0 und endend bei s=Ende minus Pulslänge (i) -
Testsignale der Pulslänge (i) gebildet. Diese Testsignale
für s = 0 werden bei Programmpunkt 21 folgendermaßen
ausgewertet:
Bei Punkt 22 wird der Gleichspannungsanteil der Testsignale
nach folgender Formel berechnet:
Unter Programmpunkt 23 bestimmt die Rechen-/Regeleinheit 7
die Energie de der Testsignale gemäß folgender Formel:
Beim nachfolgenden Programmpunkt 24 wird der Signalanteil
der Testsignale nach folgender Formel bestimmt:
Signalanteil(s) ← (cr(s)) 2 /(se(s).de(s))
Liegt dieser Signalanteil (für s=0) oberhalb eines
vorgegebenen Schwellenwertes (üblicherweise liegt dieser
Schwellenwert bei 0.9), wird davon ausgegangen, daß
innerhalb des untersuchten Intervalls ein Störpuls
auftritt. Dann wird der Störpuls multipliziert mit dem
Amplitudenfaktor cr/se von den empfangenen Signalen
subtrahiert (Programmpunkt 25). Bei Programmpunkt 26 werden
dann die nächsten Testsignale derselben Prozedur unterzogen
(s=1, usw.), und das Programm durchläuft wiederum die
Programmpunkte 21 bis 25. Sobald alle Gruppen von
Testsignalen berücksichtigt worden sind, werden bei 27 die
von dem Störsignal/den Störsignalen befreiten empfangenen
Signale r'(s) über einen Tiefpaß gefiltert. Diese
Datenreduktion erhöhte die Rechnergeschwindigkeit.
Unter Programmpunkt 28 werden die korrigierten empfangenen
Signale r' (s) auf ein Erkennungssignal eines Sicherungs
elementes 2 hin überprüft. Liefert diese Überprüfung ein
positives Ergebnis, wird bei Programmpunkt 29 ein Alarm
aktiviert. Nach Beendigung der Überprüfung kehrt das
Steuerprogramm auf Programmpunkt 19 zurück und startet den
nachfolgenden Überwachungs- und Korrekturzyklus.
1
Überwachungsvorrichtung
2
Sicherungselement
3
Abfragezone
4
Sendevorrichtung
5
Empfangsvorrichtung
6
Artikel
7
Rechen-/Regeleinrichtung
8
Oszillator
9
Analog-Digital-Wandler
10
Verstärker
11
Demodulator
12
Störquelle
Claims (10)
1. Vorrichtung zur Überwachung eines elektronischen
Sicherungselementes in einer Abfragezone, bestehend aus
einer Sendeeinrichtung, die zumindest ein periodisches
Abfragesignal in die Abfragezone aussendet, wobei das
Abfragesignal das Sicherungselement zur Aussendung eines
Erkennungssignals anregt, einer Empfangseinrichtung mit
zumindest einem Empfangskanal, die das Erkennungssignal
empfängt, und einer Rechen-/Regeleinheit, die die von der
Empfangseinrichtung empfangenen Signale auswertet und bei
Identifizierung des Sicherungselementes einen Alarm
auslöst,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rechen-/Regeleinheit (7) anhand der empfangenen Signale (r(s)) der einzelnen Empfangskanäle Störpulse erkennt,
daß sie die Signal formen der Störpulse in einem selbst lernenden Prozeß ermittelt und nachfolgend die empfangenen Signale (r(s)) von den ermittelten Störpulsen befreit.
daß die Rechen-/Regeleinheit (7) anhand der empfangenen Signale (r(s)) der einzelnen Empfangskanäle Störpulse erkennt,
daß sie die Signal formen der Störpulse in einem selbst lernenden Prozeß ermittelt und nachfolgend die empfangenen Signale (r(s)) von den ermittelten Störpulsen befreit.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rechen-/Regeleinheit (7) einen möglichen Störpuls während einer Initialisierungsphase folgendermaßen ermittelt: nach Einschalten von Sendevorrichtung (4) und Empfangsvorrichtung (5) werden die empfangenen Signale (r(s)) über mehrere Zyklen gespeichert und nach möglichen Störpulsen abgesucht;
im Falle des Auffindens von mindestens einem Störpuls wird ein Mittelwert des Störpulses über mehrere Zyklen gebildet; von dem Mittelwert des Störpulses wird der Gleichspannungsanteil dc_Mittelwert subtrahiert, wobei dc_Mittelwert definiert ist als:
wobei i der Anzahl der Meßwerte des Störpulses entspricht; die Energie des Störsignals (se(s)) wird bestimmt; die Information über das Störsignal wird gespeichert.
daß die Rechen-/Regeleinheit (7) einen möglichen Störpuls während einer Initialisierungsphase folgendermaßen ermittelt: nach Einschalten von Sendevorrichtung (4) und Empfangsvorrichtung (5) werden die empfangenen Signale (r(s)) über mehrere Zyklen gespeichert und nach möglichen Störpulsen abgesucht;
im Falle des Auffindens von mindestens einem Störpuls wird ein Mittelwert des Störpulses über mehrere Zyklen gebildet; von dem Mittelwert des Störpulses wird der Gleichspannungsanteil dc_Mittelwert subtrahiert, wobei dc_Mittelwert definiert ist als:
wobei i der Anzahl der Meßwerte des Störpulses entspricht; die Energie des Störsignals (se(s)) wird bestimmt; die Information über das Störsignal wird gespeichert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rechen-/Regeleinheit (7) die Energie se (=
Energie_Puls) des Störpulses nach folgender Formel
berechnet:
mit Puls_nodc(i) = Puls(i) - dc_Mittelwert
mit Puls_nodc(i) = Puls(i) - dc_Mittelwert
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rechen-/Regeleinheit (7) nach Abschluß der Initialisierungsphase die empfangenen Signale (r(s)) über einen Zyklus speichert,
daß sie sukzessive für s=0 bis s=(Ende - Pulslänge) Testsignale der Pulslänge (i) aus den empfangenen Signalen herausgreift und mit dem/den während der Initialisie rungsphase ermittelten Störsignal/Störsignalen vergleicht und
daß sie das Störsignal von den jeweils betrachteten Signalen der Pulslänge (i) entfernt, wenn die Übereinstimmung zwischen den Testsignalen und dem/den vorgegebenen Störsignal/Störsignalen einen vorgegebenen Wert erreicht oder überschreitet.
daß die Rechen-/Regeleinheit (7) nach Abschluß der Initialisierungsphase die empfangenen Signale (r(s)) über einen Zyklus speichert,
daß sie sukzessive für s=0 bis s=(Ende - Pulslänge) Testsignale der Pulslänge (i) aus den empfangenen Signalen herausgreift und mit dem/den während der Initialisie rungsphase ermittelten Störsignal/Störsignalen vergleicht und
daß sie das Störsignal von den jeweils betrachteten Signalen der Pulslänge (i) entfernt, wenn die Übereinstimmung zwischen den Testsignalen und dem/den vorgegebenen Störsignal/Störsignalen einen vorgegebenen Wert erreicht oder überschreitet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rechen-/Regeleinheit (7) die gespeicherten
Testsignale der folgenden Korrelation unterzieht:
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rechen-/Regeleinheit (7) den Gleichspannungsanteil
der Testsignale nach folgender Formel berechnet:
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rechen-/Regeleinheit die Energie der jeweiligen
Testsignale folgendermaßen berechnet:
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rechen-/Regeleinheit (7) die Signalformen von
Testsignalen und Störpulsen miteinander nach der folgenden
Formel vergleicht:
Signalanteil(s)← (cr(s))2 /(se(s).de(s))
Signalanteil(s)← (cr(s))2 /(se(s).de(s))
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rechen-/Regeleinheit (7) den Störpuls von den
empfangenen Signalen subtrahiert, wenn der Signalanteil (s)
oberhalb des Schwellenwertes liegt.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rechen-/Regeleinheit (7) die korrigierten
empfangenen Signale über einen Tiefpaß filtert.
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