DE19654850A1 - Einrichtung zur Überwachung transparenter Materialien auf Bruch und Gefahrenstellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Sicherheitstechnik. Sie ist anwendbar zur Überwachung transpa­ renter lichtleitender Materialien, wie z. B. Glasscheiben, auf Bruch bzw. auf sich abzeichnende Gefahrenstellen. Ihre Anwendung erstreckt sich gleichfalls auch auf Körper, deren Hülle aus transparenten lichtleitenden Materia­ lien besteht und bei denen die Unversehrtheit der Hülle ständig kontrolliert werden muß.

Zur Meldung des Bruchs von Glasscheiben sind im wesentlichen folgende Prinziplösungen bekannt:
Zum einen ist das Prinzip des Ultraschallglasbruchmelders bekannt. Dieser Melder verfügt über ein Ultraschall­ mikrofon, welches auf die charakteristischen Frequenzen zu Boden fallender Glasscherben geeicht ist. Empfängt das Mikrofon derartige Frequenzen, wird über eine zugeordnete Schaltung ein Alarm ausgelöst. Bei weichem Untergrund, z. B. Teppichboden, können diese Frequenzen unter Umständen gedämpft werden, so daß kein Alarm ausgelöst wird, obwohl die Scheibe zu Bruch gegangen ist. Eine alternative Möglichkeit sieht vor, eine Frequenz zu verwenden, die bei Bruch der Glasscheibe entsteht. Die Auslösung eines Alarms ist dadurch sicherer. Durch Umwelteinflüsse kann sich jedoch diese Frequenz ändern, so daß ein Auslösen eines Fehlalarms nicht ausge­ schlossen werden kann.

Ein weiteres Prinzip betrifft das Kontaktverfahren. Bei diesem Verfahren wird bei der Herstellung der zu si­ chernden Glasscheibe ein metallischer Draht mit eingegossen. Bei Bruch oder bei Beschädigung der Glasscheibe wird durch die damit verbundene Unterbrechung des Drahtes über eine zugeordnete Schaltung ein Alarm ausge­ löst. Dieses Prinzip ist kostenaufwendig, eine Nachrüstung zu überwachender Objekte, beispielsweise von Glas­ scheiben, ist bei diesem Verfahren ausgeschlossen.

Schließlich ist noch ein optisches Verfahren als eine weitere Prinziplösung bekannt. Hierbei wird in die Glasflä­ che an einer Flächenkante über eine Laser-Diode Infrarotlicht eingekoppelt. Diese Lichteinkopplung erfordert, daß die Scheibenkanten reflektierend beschichtet sind, so daß das Licht nicht aus der Glasscheibe "heraustreten" kann. Ein in einer anderen Position angeordneter Detektor nimmt das ausgesendete Signal auf. Verringert sich das Signal oder bleibt es völlig aus, so ist in der Regel die Glasscheibe teilweise oder vollständig zerstört. Über eine zugeordnete Schaltung erfolgt die Auslösung eines Alarms. Dieses Verfahren erfordert einen hohen Justier­ aufwand. Die vom Laser ausgesendeten Lichtstrahlen müssen den Detektor direkt oder über einige Reflexionen an den zu verspiegelnden Glaskanten erreichen. Die mechanische Stabilität des Systems beeinflußt weitestgehend die Zuverlässigkeit desselben. Dabei können Erschütterungen zu Fehlmeldungen führen. Eine Nachrüstung vor­ handener zu überwachender Objekte, wie z. B. Glasscheiben, ist mit diesem System nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Überwachung transparenter lichtleitender Mate­ rialien auf Bruch und Gefahrenstellen bereitzustellen, die unauffällig ist, sich durch einen geringen Stromver­ brauch, durch eine hohe Zuverlässigkeit und durch die Möglichkeit der Nachrüstbarkeit an zu überwachenden transparenten Materialien, wie z. B. Glasscheiben, auszeichnet und die in Verbindung mit einer zugeordneten Schaltung ein optisches und/oder ein akustisches Signal auslöst. Die höhere Zuverlässigkeit bezieht sich hierbei sowohl auf die Vermeidung eines Fehlalarmes als auch auf die Gewährleistung einer grundsätzlich hohen Funkti­ onsbereitschaft.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch Einkopplung und Auswertung von im Infrarot­ bereich liegenden Lichtwellen erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß zwei mit SMD-LEDs be­ stückte zu Lichtschienen ausgebildete Einheiten sowie eine Referenzleitung an dem zu überwachenden transpa­ renten Material angeordnet sind, wobei eine Lichtschiene als Sender zur Lichteinkopplung, die andere Licht­ schiene als Detektor ausgebildet ist und daß über einen Vergleich der anstehenden Signale in einer zugeordneten Auswerteschaltung bei Abweichung von einem Sollwert eine akustische und/oder optische Signalauslösung er­ folgt. Als Reflektor für die Lichteinkopplung wird vorzugsweise organisches Glas, z. B. Acryl, verwendet.

Dabei besteht ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Lösung darin, daß vorhandene zu überwachende transpa­ rente Materialien, die z. B. im Hinblick auf Einbruch besonders gefährdet sind, mit einem minimalen Aufwand nachgerüstet werden können. Auch, wenn ein Haupteinsatzgebiet dieser Lösung die Überwachung der Unver­ sehrtheit von Schaufensterscheiben ist, liegt es nahe, auch Fensterscheiben gefährdeter Bereiche sowie größere Behälter aus transparenten Materialien, in denen sich flüssige Medien befinden, durch diese Lösung zu überwa­ chen.

Dem Vorteil der Nachrüstbarkeit fügen sich mit der geringen Leistungsaufnahme und dem nahezu wartungsfreien Einsatz der SMD-LED, der sich in einer langen Standzeit der eingesetzten SMD-LED äußert, weitere Vorteile zu, die die vorliegende Lösung attraktiv für den Kunden machen. Die bei dieser Lösung zum Einsatz kommenden Lichtschienen haben sich bereits in der Praxis bewährt. Sie können sowohl in Standardabmessungen als auch oh­ ne Schwierigkeiten für jede gewünschte Länge bereitgestellt werden.

Insbesondere die geringe Leistungsaufnahme ermöglicht es, daß die Einrichtung bei Ausfall der Netzspannung über einen batteriegespeisten Notstromkreis versorgt ist und damit funktionstüchtig bleibt, so daß im vorliegen­ den Fall auf aufwendige Notstromaggregate verzichtet werden kann.

Die Anordnung der Lichtschienen kann vorteilhafterweise so erfolgen, daß sie das Gesamtbild der zu Überwa­ chenden Einrichtung nicht negativ beeinflußt und daß sie darüber hinaus im allgemeinen unauffällig ist.

Für handelsübliche Schaufensterscheiben und Glasscheiben wird eine Standardwellenlänge im Infrarotbereich von 780 bis 880 nm verwendet. Bei davon abweichenden Materialien erfolgt in Abhängigkeit von dem zu über­ wachenden Objekt eine Spezifizierung der Frequenz der verwendeten Wellenlänge.

Vorteilhafterweise besteht die Lichtschiene aus einem dünnen mit SMD-LED bestückten Leiterplattenstreifen, der luftdicht in einem Reflektor angeordnet und dessen Anschlüsse nach außen geführt sind. Als Reflektor hat sich bereits organisches Glas, wie Acryl, bestens bewährt.

Die Lichtschiene ist vorzugsweise starr ausgebildet, da die zu überwachenden Objekte in der Regel Glasscheiben sind und diese eine gerade äußere Kante aufweisen, an der die Lichtschiene befestigt wird.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Lichtschiene für geeignete zu überwachende transparente Objekte fle­ xibel auszubilden. Mit der flexiblen Ausbildung kann sich die Lichtschiene den konkreten Bedingungen des zu überwachenden Objektes anpassen.

Vorzugsweise weist die Lichtschiene ein spezielles geometrisches Profil auf. Dabei ist das Profil bevorzugt so ausgewählt, daß bei der Lichteinkopplung der für die Totalreflexion günstige Winkel bei der Befestigung der Lichtschiene an dem zu überwachenden Objekt eingehalten werden kann. Die Lichteinkopplung erfolgt bei­ spielsweise an der Unterkante des zu überwachenden Objektes.

An der der Lichteinkopplung gegenüberliegenden Kante des zu überwachenden Objektes ist eine weitere als De­ tektor wirkende Lichtschiene angeordnet.

Das spezielle geometrische Profil der Lichtschiene weist nach einem weiteren Merkmal einen prismatischen Querschnitt auf. Es hat sich gezeigt, daß mit diesem prismatischem Querschnitt ein günstiger Winkel für einen hohen Anteil an Totalreflexionen erzielt werden kann.

Die Befestigung der Lichtschiene an der Kante des zu überwachenden Objektes erfolgt vorzugsweise durch eine als Klebeverbindung ausgebildete Haftverbindung. Dabei kommt der Auswahl eines geeigneten Klebers insofern Bedeutung zu, daß der Brechungsindex zwischen dem der Glasscheibe und dem der Lichtschiene liegt, um die Reflexionen an den Grenzflächen minimal zu halten.

Nach einem weiteren Merkmal ist die Länge der Lichtschiene in Abhängigkeit von der Breite des zu überwa­ chenden Objektes bemessen. Das heißt, daß in Abhängigkeit von dem konkret zu überwachenden Objekt die Länge der Lichtschiene bemessen wird. Vorzugsweise ist die Länge der Lichtschiene der Breite des zu überwa­ chenden Objektes angepaßt.

Ein weiteres Merkmal der Lösung besteht schließlich auch darin, daß die Wellenlänge des einzukoppelnden Lichtes variierbar ist. Insbesondere bei vom Standard abweichenden zu überwachenden Materialien, wobei als Standard grundsätzlich Schaufensterscheiben und Glasscheiben anzusehen sind, ist die Wellenlänge des einge­ koppelten Lichtes mit dem zu überwachenden Material abzustimmen.

Zur Ausschaltung von Fehlinformationen incl. eines Fehlalarms ist an dem zu überwachenden Objekt eine Refe­ renzleitung angeordnet. Vorzugsweise ist die Referenzleitung an einer seitlichen Kante des zu überwachenden Objektes angeordnet. Als Referenzleitung ist bevorzugt eine Glasfaserleitung eingesetzt.

Zur weiteren Erhöhung der Zuverlässigkeit der Sicherheitseinrichtung wird das Sendesignal in Form des einge­ koppelten Lichtes nicht als kontinuierliches Licht, sondern in Form kurzer Pulse mit höherer Frequenz eingekop­ pelt. Dabei wird über eine Ansteuerelektronik mit Frequenzgenerator das Pulssignal zum Betreiben der Sendedi­ oden erzeugt. Ein Vorteil dieser Maßnahme besteht zum einen darin, daß die Leistungsaufnahme, die ohnehin gering ist, nocheinmal reduziert wird und zum anderen kann bei den Empfängerdioden durch einen nachgeschal­ teten Hochpaßfilter der Untergrund effektiv vom eigentlichen, sicherheitsrelevanten Signal abgekoppelt werden. Mit dieser Maßnahme wird vermieden, daß evtl. von außen in die Scheibe eindringendes Streu- oder Störlicht sowohl von konstanten äußeren Lichtquellen (Straßenlaternen; Schaufensterbeleuchtung) als auch von langsam veränderlichen Lichtquellen (Autoscheinwerfer, Taschenlampen) in die Auswertung mit einbezogen wird. Über das getaktete Sendesignal bei der Lichteinkopplung wird somit die Zuverlässigkeit der Überwachungseinrichtung weiter wesentlich erhöht.

Schließlich besteht eine weitere Maßnahme zur Ausschaltung schnell veränderlicher Störeinflüsse von außen auch darin, die Pulsfrequenz des eingespeisten Lichtes oberhalb von 100 kHz zu wählen.

Ein weiterer Vorteil der Überwachungseinrichtung besteht auch darin, daß sie unempfindlich gegen Fremd- und Streulicht ist. Die Schaltungsanordnung bietet zusätzlich auch die Möglichkeit, bei Versuch der Manipulation durch künstliches Einkoppeln von Licht, ebenfalls einen Alarm auszulösen. Des weiteren besteht über die Schal­ tungsanordnung auch die Möglichkeit, bei Beschädigung des zu überwachenden Objektes, z. B. der Glasscheibe, bereits ein Alarmsignal auszulösen. Die Beschädigung kann hierbei z. B. im Anritzen der Glasscheibe bestehen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnung im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1a eine schematische Darstellung der Überwachungseinrichtung;

Fig. 1b die Einzelheit A nach Fig. 1a in vergrößerter Darstellung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Überwachungseinrichtung.

In Fig. 1a ist schematisch das zu überwachende Objekt, beispielsweise eine Schaufensterscheibe 1 dargestellt, wobei an der Unterkante zur Lichteinkopplung eine als Sendeleiste ausgebildete Lichtschiene 2 und an der der Unterkante gegenüberliegenden Kante, also der Oberkante, eine als Detektorleiste ausgebildete Lichtschiene 3 angeordnet sind. Das eingekoppelte Licht kann die Schaufensterscheibe 1 durch Totalreflexion nicht "verlassen" und kann so an der der Einkopplung gegenüberliegenden Seite durch die als Detektorleiste ausgebildete Licht­ schiene 3, aufgenommen werden.

Fig. 1b veranschaulicht in vergrößerter Darstellung die Anordnung und Ausbildung der Lichtschiene 2 an der zu überwachenden Schaufensterscheibe 1. In der Lichtschiene 2 sind auf einem dünnen Leiterplattenstreifen mehrere SMD-LED zur Lichteinkopplung aufgebracht. Dieser Leiterplattenstreifen ist luftdicht in einem Acrylglaskörper eingegossen bzw. eingeklebt, wobei die elektrischen Anschlüsse nach außen geführt sind. Die Lichtschienen 2; 3 werden mit 12 V Gleichspannung, eine in der Alarmtechnik standardisierte Versorgungsspannung, betrieben.

Die Befestigung der Lichtschiene an der Kante des zu überwachenden Objektes erfolgt vorzugsweise durch eine als Klebeverbindung ausgebildete Haftverbindung. Der hierbei zum Einsatz kommende Kleber ist unter Berück­ sichtigung des Brechungsindex zwischen dem der Glasscheibe und dem der Lichtschiene auszuwählen. Vorzugs­ weise soll der Brechungsindex des Klebers zwischen dem des zu überwachenden Materials und dem der Licht­ schiene liegen, um die Reflexionen an den Grenzflächen minimal zu halten.

Das in Fig. 2 dargestellte Blockschaltbild der Überwachungseinrichtung zeigt, daß die Versorgungsspannung U zunächst den Frequenzgenerator zugeführt wird und nach diesem den Pulsformer passiert, bevor sie als getaktetes Pulssignal in die als Lichtschiene 2 ausgebildete Sendeleiste eingespeist wird. Das eingekoppelte Licht wird zum einen von der gleichfalls als Lichtschiene 3 ausgebildeten Detektorleiste und zum anderen von der seitlich ange­ ordneten Referenzleitung 4 aufgenommen. Die an der der Einspeisung gegenüberliegenden Seite empfangenen Signale werden nunmehr jeweils einem Verstärker 7, 8 zugeführt. In der nachgeschalteten Einheit 9 werden beide ankommenden Signale als Differenz über einen Hochpaß 10 der Integratoreinheit 11 zugeführt. In dem nachge­ schalteten Vergleicher 12 wird das integrierte Signal mit Höchst- und Tiefstsollwerten verglichen. Bei Über­ schreitung des Höchst- bzw. bei Unterschreitung des Tiefstsollwertes steht an dem Ausgang B ein entsprechender Impuls zur Auslösung eines optischen und/oder akustischen Alarmsignals an.

Claims (18)

1. Einrichtung zur Überwachung lichtleitender transparenter Materialien auf Bruch und Gefahrenstellen durch Einkopplung und Auswertung von im Infrarotbereich liegenden Lichtwellen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit SMD-LED bestückte zu Lichtschienen (2; 3) ausgebildete Einheiten sowie eine Referenzleitung (4) an dem zu überwachenden Objekt angeordnet sind, wobei eine Lichtschiene (2) zur Lichteinkopplung, die andere Licht­ schiene (3) als Detektor ausgebildet ist und daß über einen Vergleich der anstehenden Signale in einer zugeord­ neten Auswerteschaltung bei Abweichung von einem Sollwert eine akustische und/oder optische Signalauslö­ sung erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschiene (2; 3) aus einem dünnen mit SMD-LED bestückten Leiterplattenstreifen besteht, der luftdicht in einem Reflektor angeordnet und dessen An­ schlüsse nach außen geführt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschiene (2; 3) starr ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschiene (2; 3) flexibel ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschiene (2; 3) ein Profil aufweist und daß sie zur Lichteinkopplung an der Unterkante des zu überwachenden transparenten Materials angeordnet ist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als Detektor ausgebildete Lichtschiene (3) an der der Lichteinkopplung gegenüberliegenden Kante des zu überwa­ chenden transparenten Materials angeordnet ist.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als Lichtschiene (2; 3) ausgebildete Einheit einen prismatischen Querschnitt aufweist.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschiene (2; 3) durch Haftverbindung an dem zu überwachenden Objekt befestigt ist.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haft­ verbindung als Klebeverbindung ausgebildet ist.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Lichtschiene (2; 3) der Breite des zu überwachenden transparenten Materials angepaßt ist.

11. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Lichtschiene (2; 3) von der Breite des zu überwachenden transparenten Materials abweicht.

12. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des eingekoppelten Lichtes variierbar ist.

13. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzleitung eine Glasfaser ist.

14. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendesignal als Pulssignal mit hoher Frequenz eingekoppelt ist.

15. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu überwachende transparente Material eine Glasscheibe ist.

16. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu überwachende transparente Material als ein räumlicher Hohlkörper ausgebildet ist.

17. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zu überwachende räumliche Hohlkörper ein Aquariumbecken ist.

18. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu überwachende transparente Material ein Säurebehälter ist.