DE2131113A1 - Room protection and warning device with turbulence compensation - Google Patents
Room protection and warning device with turbulence compensationInfo
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Description
INNOCENTIASTRASSE JD TELEFON 452139INNOCENTIASTRASSE JD TELEFON 452139
S. 71063 Fl.P. 71063 fl.
Systron-Donner Corporation Concord, Kalif. (V.St.A.)Systron-Donner Corporation Concord, Calif. (V.St.A.)
Raumschutz- und Warneinrichtung mit Turbulenzausgleich. Room protection and warning device with turbulence compensation.
Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S. Anmeldung Serial No. 50 233 vom 26. Juni 1970 in Anspruch genommen.For this application, priority is derived from the corresponding U.S. Registration Serial No. 50 233 of June 26, 1970 taken.
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Raumschutzeinrichtungen und insbesondere auf eine Ultraschalleinrichtung, die Mittel zum Unterscheiden zwischen den Bewegungen einer unbefugt eindringenden Person, oder eines Objektes und anderen Bewegungen wie z.B. Luftturbulenz aufweist.The invention relates generally to room protection devices and, more particularly, to an ultrasonic device, the means for distinguishing between the movements of an intruder, or an object and other movements such as air turbulence.
Bei einer bekannten Rauraschutzexnrxchtung werden Ultraschallwellen in einen Bereich oder Raum wie z.B. eine abgeschlossene Räumlichkeit abgegeben. Die Schallwellen werden von den Wänden oder von innerhalb des Raums befindlichen Objekten zu einem Empfänger reflektiert, in dem sie mit den ausgesandten Schallwellen verglichen werden. Wenn innerhalb des geschützten Raums keine Bewegung auftritt, haben die empfangenen Wellen die gleiche Frequenz wie die ausgesandten Wellen. Wenn sich ein Objekt, d.h. eine Person oder ein Gegenstand innerhalb des Raums bewegt, erreichen die von dem sich bewegenden Objekt reflektierten Wellen den Empfänger mit einer anderen Frequenz als der der ausgesandten Wellen. Dieser Frequenzunterschied ist hauptsächlich auf den Dopplereffekt zurückzuführen und ist abhängig vonIn a known Rauraschenschutzxnrxchtung Ultrasonic waves emitted into an area or room such as an enclosed space. The sound waves are reflected from the walls or from objects located within the room to a receiver in which they can be compared with the emitted sound waves. If there is no movement within the protected space, the waves received have the same frequency as the waves sent out. When there is an object, i.e. a person or an object moves within space, the waves reflected from the moving object reach the Receiver with a different frequency than that of the transmitted waves. This frequency difference is major due to the Doppler effect and is dependent on
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der Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts. Der Empfänger ermittelt den Frequenzunterschied und benutzt diesen zur Auslösung eines Alarms, d.h. zur Betätigung einer Warnvorrichtung. the speed of movement of the object. The receiver determines the frequency difference and uses it for Triggering an alarm, i.e. to activate a warning device.
Die bekannten Raumschutzeinrichtungen oder -anlagen des vorstehend beschriebenen Typs sind bestimmten Beschränkungen unterworfen. Beispielsweise können auch andere Ereignisse als die Bewegungen einer in den Raum eingedrungenen Person Frequenzverschiebungen in den reflektierten Wellen hervorrufen und die Auslösung eines falschen Alarms zur Folge haben. Zu diesen anderen Ereignissen sind auch die Luftturbulenzen zu rechnen, die beim Anschalten eines Heizgeräts innerhalb des geschützten Raums auftreten. Außerdem können Geräusche und vorübergehende Störungen wie z.B. an Rohrleitungen auftretende Klopfgeräusche oder ein herabfallendes Buch zur Auslösung eines falschen Alarms führen.The known room protection devices or systems of the type described above have certain limitations subject. For example, events other than the movements of someone who has entered the room can also occur Person cause frequency shifts in the reflected waves and trigger a false alarm to have. The air turbulence that occurs when a heater is switched on must also be counted among these other events occur within the protected space. In addition, noises and temporary disturbances, e.g. on pipelines knocking noises or a falling book trigger a false alarm.
Daher ist bereits versucht worden, eine durch Luftturbulenz bedingte Alarmauslösung zu verhindern. In den meisten Fällen wird dabei von derο Beobachtung ausgegangen, daß die auf Luftturbulenz zurückzuführenden Signale im allgemeinen wesentlich schwächer sind als die von einer eingedrungenen Person hervorgerufenen Signale. Somit wurden die durch Luftturbulenz bedingten Signale einfach dadurch unterschieden, daß die Empfindlichkeit der Einrichtung so weit herabgesetzt wurde, daß diese Signale keinen Alarm auslösen können» Diese Lösung ist mit dem Nachteil· behaftet, daß die Gesamtempfindlichkeit und Wirksamkeit der Einrichtung ver-Attempts have therefore already been made to prevent an alarm from being triggered by air turbulence. In the Most cases are based on ο observation, that the signals due to air turbulence in general are much weaker than the signals produced by an intruder. So the signals caused by air turbulence are simply distinguished by the fact that the sensitivity of the device so far has been reduced so that these signals do not trigger an alarm »This solution has the disadvantage that the overall sensitivity and effectiveness of the device
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ringert wird, ohne daß die Möglichkeit einer unbeabsichtigten Auslösung des Alarms durch Luftturbulenz ganz ausgeschaltet wird.is reduced without the possibility of an unintentional triggering of the alarm by air turbulence being completely eliminated will.
Ein weiterer Vorschlag zum Ausschalten einer unbeabsichtigten Alarmauslösung durch Luftturbulenz ist in der U.S. Patentschrift 2 794 974 vom H. Juni 1957 und der U.S. Patentschrift 3 111 657 vom 19. November 1963 beschrieben. Diese Lösung geht davon aus, daß die Amplitude der auf Luftturbulenz zurückzuführenden Signale oberhalb einer Frequenz in der Größenordnung von 5 Hz scharf abfällt, während die auf eine eindringende Person zurückzuführenden Signale eine im wesentlichen konstante Amplitude bis zu angenähert 100 Hz aufweisen. Dementsprechend werden die durch Turbulenz und die von dem Eindringling verursachten Signale in zwei getrennte Verstärkerkanäle eingespeist, wobei der eine Kanal nur Frequenzen in der Größenordnung von 25 Hz oder höher, und der andere Kanal nur Frequenzen in der Größenordnung von 5 Hz führt.Another suggestion for eliminating unintentional air turbulence alarms is in the U.S. U.S. Patent 2,794,974, issued June 1, 1957, and U.S. Patent No. 2,794,974; Patent 3,111,657 dated November 19, 1963. This solution assumes that the amplitude is due to air turbulence signals to be fed back falls sharply above a frequency of the order of 5 Hz, while the signals attributable to an intruder have a substantially constant amplitude up to approximately 100 Hz exhibit. Accordingly, the signals caused by turbulence and those caused by the intruder become two separate Amplifier channels fed in, whereby the one channel only frequencies in the order of 25 Hz or higher, and the other channel only carries frequencies on the order of 5 Hz.
Auf diese Weise führt der Hochfrequenzkanal, d.h. der Kanal für die höheren Frequenzen, nur das Signal von einem Eindringling, während der Niederfrequenzkanal das Turbulenzsignal zuzüglich eines Teils des von dem Eindringling verursachten Signals führt. Das Signal im Hochfrequenzkanal wird verstärkt, und dann werden die Ausgangssignale der beiden Kanäle miteinander verglichen, um ein zur Auslösung des Alarms dienendes Steuersignal zu erzeugen. Die Warnvorrichtung wird nur dann betätigt, wenn das verstärkteIn this way the high frequency channel, i.e. the channel for the higher frequencies, only carries the signal from one Intruder, during the low frequency channel the turbulence signal plus part of that caused by the intruder Signal leads. The signal in the high frequency channel is amplified, and then the output signals become the the two channels are compared with each other in order to generate a control signal which is used to trigger the alarm. The warning device is only actuated when the amplified
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Ausgangssignal des Hochfrequenzkanals größer ist als der nicht verstärkte Ausgang des Niederfrequenzkanals, d.h. nur dann, wenn ein Eindringling vorhanden ist. Ohne das Vorhandensein einer unbefugten Person oder eines Eindringlings ist der Ausgang des Hochfrequenzkanals trotz Verstärkung zu schwach im Verhältnis zum Ausgang des Niederfrequenzkanals, um den Alarm auslösen zu können. Wenngleich diese Lösung eine Verbesserung gegenüber der oben genannten Lösung, bei der lediglich die Empfindlichkeit der Einrichtung verringert wird, darstellt, ist sie nicht ganz wirksam, um die auf einen Eindringling zurückzuführenden Signale von den Turbulenzsignalen zu unterscheiden. Außerdem sind zwei getrennte Kanäle, ein Verstärker und zwei Filter erforderlich, um das Eingangssignal in die beiden Kanäle zu trennen.The output signal of the high frequency channel is greater than the unamplified output of the low frequency channel, i.e. only when an intruder is present. Without the presence of an unauthorized person or intruder If the output of the high-frequency channel is too weak in relation to the output of the low-frequency channel despite the amplification, to be able to trigger the alarm. Although this solution is an improvement over the above solution, at which merely reduces the sensitivity of the device, it is not entirely effective at reducing the sensitivity of the device Distinguish signals due to intruders from turbulence signals. Also, two are separate Channels, an amplifier and two filters are required to separate the input signal into the two channels.
Durch die Erfindung soll daher eine neuartige und verbesserte Raumschutz- und Warneinrichtung geschaffen werden, durch welche die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten der bekannten Einrichtungen beseitigt werden. Die Einrichtung soll Mittel aufweisen, welche zwischen den durch die Bewegungen einer unbefugt eindringenden Person und den durch Luftturbulenz hervorgerufenen Signalen unterscheiden, die Auslösung eines Alarms infolge von vorübergehenden oder kurzzeitigen Störungen verhindern und die Einwirkungen des im Betrieb der Einrichtung gegebenen Geräuschpegels aufheben. Weiterhin soll die Einrichtung einen Ausfallüberwachung sschutz aufweisen j durch den ein Alarm ausgelöst wird, wenn eine Unterbrechung der ausgesandten Signale auftritt»The invention is therefore intended to create a new and improved room protection and warning device, by means of which the above-described difficulties of the known devices are eliminated. the Facility should have means that between the movements of an unauthorized person and the intruder distinguish between signals caused by air turbulence, prevent the triggering of an alarm as a result of temporary or short-term faults and prevent the effects of the cancel the noise level given during operation of the facility. Furthermore, the device should provide a failure monitoring s protection feature j which triggers an alarm if an interruption of the transmitted signals occurs »
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Die zu diesem Zweck vorgeschlagene' Raumschutz- und Warneinrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Zusammenfassen von aufgefangenem und ausgesandtem Signal und zum Erzeugen eines Differenzsignals mit einem Frequenzspektrum, das den Frequenzunterschieden zwischen dem ausgesandten und dem aufgefangenen Signal entspricht, ein Bandpaßfilter, durch welches das Differenzsignal gefiltert und ein mit seiner Mitte im höheren Bereich des Frequenzspektrums liegender Bereich durchgelassen wird, ein Paar abgestimmter Spannungsverdoppler, denen das von dem Bandpaßfilter abgegebene Ausgangssignal zuführbar ist und durch die Spannungen entgegengesetzter Polaritäten erzeugbar sind, deren Spannungswerte den Amplituden der Komponenten mit unterschiedlichen Frequenzen am Ausgang des Filters entsprechen, eine mit den Ausgängen der Spannungsverdoppler verbundene Summiervorrichtung, durch welche ein Signal erzeugbar ist, dessen Größe und Polarität von den Relativwerten der Amplituden der Frequenzkomponenten am Ausgang des Filters abhängig ist, und durch eine Warnvorrichtung, die auf das von der Summiervorrichtung abgegebene Signal ansprechbar ist.The space protection and warning device proposed for this purpose is characterized according to the invention by a device for combining the received and transmitted signals and for generating a difference signal with a frequency spectrum that corresponds to the frequency differences between the transmitted and the received signal, a bandpass filter through which the difference signal is filtered and one with its center in the higher range of the frequency spectrum is allowed to pass through, a pair of matched voltage doublers, which the of the Bandpass filter output signal can be supplied and can be generated by the voltages of opposite polarities, the voltage values of which correspond to the amplitudes of the components with different frequencies at the output of the filter, one connected to the outputs of the voltage doubler Summing device by means of which a signal can be generated, its size and polarity from the relative values of the amplitudes of the frequency components at the output of the filter is dependent, and by a warning device that responds to the signal output by the summing device is addressable.
Die vorgeschlagene Einrichtung unterscheidet zwischen den durch die Bewegungen einer unbefugt eingedrungenen Person oder eines Objektes und den durch Luftturbulenz hervorgerufenen Signalen, ohne daß der GesamtwLrkungsgrad der Einrichtung verringert wird oder zwei getrennte KanäLa benöcigt werden. D-aa Di Fieren ^s , Lgnal wir-l dur^h <ain Bandpaß-111 ruf üiii st^lLcn Flunkm ;_i ;;fl ..Ltix·'- , it::Uü>ri mittUu.;The proposed facility distinguishes between that caused by the movements of an unauthorized person or an object and the signals caused by air turbulence, without affecting the overall degree of effectiveness of the Facility is reduced or two separate channels are required will. D-aa Di Fieren ^ s, Lgnal wir-l dur ^ h <ain Bandpass-111 ruf üiii st ^ lLcn Flunkm; _i ;; fl ..Ltix · '-, it :: Uü> ri mittUu .;
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Frequenz in der Größenordnung von UO Hz liegt, und das eine Bandbreite von 3 db in der Größenordnung von 6 Hz aufweist. Das gefilterte Signal wird einem Paar von Spannungsverdopplern.mit entgegengesetzten Phasen zugeführt, die positive und negative Spannungen erzeugen, deren Größen von der Dauer und der Geschwindigkeit der Störungen des gefilterten Signals abhängt. Diese positiven und negativen Spannungen werden zu einem Ausgangssignal zusammengefaßt, dessen Amplitude und Polarität von der Dauer und Geschwindigkeit der Störungen abhängig sind. Dieses Ausgangssignal steuert dann die Betätigung der Warnvorrichtung. Ein zwischen dem Ausgang der Spannungsverdoppler und der Warnvorrichtung geschalteter Integrator verhindert einen falschen Alarm infolge von vorübergehenden Vorgängen und anderen Störungen von sehr kurzer Zeitdauer.Frequency is on the order of UO Hz, and that has a bandwidth of 3 db on the order of 6 Hz. The filtered signal is fed to a pair of voltage doublers opposite phases that generate positive and negative voltages, their magnitudes of the duration and the speed of the interference of the filtered signal depends. These positive and negative Voltages are combined into an output signal, the amplitude and polarity of which depends on the duration and speed the disturbances are dependent. This output signal then controls the actuation of the warning device. One between The integrator connected to the output of the voltage doubler and the warning device prevents a false one Alarm due to transient events and other disturbances of very short duration.
Ein Ausführungsbeispxel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in welcher zeigt:An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing, which shows:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Raumschutzeinrichtung nach der Erfindung,Fig. 1 is a block diagram of a room protection device according to the invention,
Fig. 2 einen schematischen Schaltplan der Eingangsund Mischstufe der in Fig. 1 dargestellten Ausführung, undFig. 2 is a schematic circuit diagram of the input and Mixing stage of the embodiment shown in FIG. 1, and
Fig. 3 einen schematischen Schaltplan der Filter-, Turbulenzkompensator-, Integrator- und Relaisyerstärkerstufe der in Fig. 1 dargestellten Ausführung.Fig. 3 is a schematic circuit diagram of the filter, turbulence compensator, integrator and Relaisyerstärkerstufe shown in Fig. 1 Execution.
Wie in Fig> 1 dirgesteilt, weist die erfindungsgemäße Raumschutz™ und W.iwieinri ^hturuj einen Oszillator 10As shown in Fig> 1, the inventive Raumschutz ™ and W.iwieinri ^ hturuj an oscillator 10
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
auf, der einem Wandler oder einem Lautsprecher 11 Energie mit vorbestimmter Frequenz zuführt, von dem diese dann in einen zu schützenden Bereich oder Raum abgegeben wird. Eine Tonaufnehmervorrichtung 12 empfängt die von innerhalb des Bereichs oder Raums befindlichen Objekten reflektierte Strahlungsenergie. Das am Ausgang der Aufnehmervorrichtung abgegebene Signal wird über einen Verstärker 13 einer Mischstufe 11 zugeführt, in welcher das Signal mit dem von dem Oszillator 10 abgegebenen Signal überlagert wird, um ein Doppler- oder Differenzsignal zu erzeugen, dessen Frequenz der Bewegungsgeschwindigkeit von innerhalb des Bereichs oder Raums befindlichen Objekten entspricht. Ein Detektor 16 unterdrückt die Oszillatorfrequenz am Ausgang der Mischstufe, und das aufgefangene Signal wird durch ein Bandpaßfilter einem Turbulenzkompensator 18 zugeführt. Der Ausgang des Turbulenzkompensators ist mit dem Eingang eines Integrators 19 verbunden, und der Ausgang des Integrators ist wiederum mit einer Relaistreiber- oder verstärkerstufe 21 verbunden, die ein Relais zur Steuerung der Betätigung einer Warnvorrichtung 22 aufweist. Das von dem Oszillator 10 erzeugte Signal wird außerdem an die Relaisverstärkerstufe 21 angelegt, um den Alarm auszulösen oder einen Alarmzustand herbeizuführen, wenn der Oszillatorbetrieb unterbrochen ist.on that of a transducer or a loudspeaker 11 energy at a predetermined frequency, from which it is then released into an area or room to be protected. One Pickup device 12 receives the reflected from objects located within the area or room Radiant energy. The signal emitted at the output of the pickup device is transmitted via an amplifier 13 to a mixer stage 11 supplied, in which the signal is superimposed on the signal output by the oscillator 10, to a Doppler or difference signal to generate its frequency of the speed of movement of within the range or Objects located in the room. A detector 16 suppresses the oscillator frequency at the output of the mixer, and the intercepted signal is fed to a turbulence compensator 18 through a band pass filter. The outcome of the Turbulence compensator is connected to the input of an integrator 19, and the output of the integrator is in turn connected to a relay driver or amplifier stage 21 which has a relay for controlling the actuation of a warning device 22 has. The signal generated by the oscillator 10 is also applied to the relay amplifier stage 21, to trigger the alarm or create an alarm condition when the oscillator operation is interrupted.
Der Oszillator 10 ist von herkömmlicher Ausführung und erzeugt Energie mit vorbestimmter Frequenz, vorzugsweise im Ultraschallbereich. Bei der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform arbeitet der Oszillator mit einerThe oscillator 10 is of conventional design and generates energy at a predetermined frequency, preferably in the ultrasonic range. In the preferred embodiment shown here, the oscillator operates with a
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Frequenz von 19,2 kHz-. Der Wandler 11 kann der Ausführung entsprechen, die in der U.S. Patentschrift 3 287 693 vom 22. November 1966 derselben Anmelderin beschrieben ist. Die Tonaufnehmervorrichtung 12 ist ebenfalls von herkömmlicher Aus führung.Frequency of 19.2 kHz-. The converter 11 can be executed correspond to those in U.S. Patent 3,287,693 dated November 22, 1966 by the same applicant is described. the Pickup device 12 is also of conventional design.
Der Verstärker 13 weist einen Funktionsverstärker 26 mit einer invertierenden Eingangsklemme 27, einer nichtinvertierenden Eingangsklemme 28 und einer Ausgangsklemme 29 auf. Die von der Aufnehmervorrichtung 12 aufgefangene Energie wird über einen Kopplungsübertrager 31 und ein aus den Kondensatoren 32, 33, 34 und den Widerständen 36, 37 bestehendes Netzwerk an die invertierende und die nichtinvertierende Eingangsklemme des FunktionsVerstärkers 2 6 angelegt und erscheint in verstärkter Form an der Ausgangsklemme 29. Gleichtaktstörungen und andere Signale, die phasenrichtig der invertierenden und der nichtinvertierenden Eingangsklemme zugeführt werden, heben sich jedoch auf und erzeugen kein Ausgangssignal an der Klemme 29. Zwischen der Ausgangsklemme und der invertierenden Eingangsklemme des Funktionsverstärkers 26 ist ein Rückkopplungswiderstand 3 8 geschaltet und dient dazu, den Verstärkungsgrad des Verstärkers auf einem konstanten Wert zu halten.The amplifier 13 has a functional amplifier 26 with an inverting input terminal 27, a non-inverting input terminal 28 and an output terminal 29. The energy collected by the pickup device 12 is via a coupling transformer 31 and one from the capacitors 32, 33, 34 and the resistors 36, 37 existing network to the inverting and the non-inverting Input terminal of the function amplifier 2 6 is applied and appears in amplified form at output terminal 29. Common-mode interference and other signals that are in phase are supplied to the inverting and non-inverting input terminals, but cancel each other out and generate none Output signal at terminal 29. Between the output terminal and the inverting input terminal of the function amplifier 26, a feedback resistor 3 8 is connected and serves to keep the gain of the amplifier at a constant value.
Die Mischstufe IU weist einen Funktionsverstärker 41 mit einer invertierenden Eingangsklemme 42, einer nichtinvertierenden Eingangsklemme 43 und einer Ausgangsklemme 44 auf. Das Oszillatorsignal wird über die Widerstände 46, 47 und einen Kondensator 48 an die invertierende Eingangsklemme 42 angelegt. Der Ausgang des FunktionsVerstärkers 2 6 istThe mixer stage IU has a function amplifier 41 with an inverting input terminal 42, a non-inverting one Input terminal 43 and an output terminal 44. The oscillator signal is generated via the resistors 46, 47 and a capacitor 48 applied to the inverting input terminal 42. The output of the function amplifier 2 6 is
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durch eine RC-Siebschaltung 51, einen Verstärkungsregler 52, einen Kondensator 53 und einen Widerstand 54 mit der nichtinvertierenden Eingangsklemme 43 des Funktionsverstärkers Hl verbunden. Das Oszillatorsignal und das verstärkte aufgefangene Signal werden im Funktionsverstärker der Mischstufe überlagert, so daß an der Ausgangsklemme 44 ein Doppleroder Differenzsignal mit einer Frequenz erscheint, die dem Frequenzunterschied zwischen dem ausgesandten und dem reflektierten Signal entspricht.by an RC filter circuit 51, a gain controller 52, a capacitor 53 and a resistor 54 with the non-inverting Input terminal 43 of the functional amplifier Hl tied together. The oscillator signal and the amplified captured signal are used in the function amplifier of the mixer superimposed, so that a Doppler or difference signal appears at the output terminal 44 with a frequency that corresponds to the Frequency difference between the emitted and the reflected signal corresponds.
Der Detektor 16 ist von herkömmlicher Ausführung und kann beispielsweise aus einem Diodendetektor bestehen.The detector 16 is of conventional design and can for example consist of a diode detector.
Das Bandpaßfilter 17 weist einen Funktionsverstärker 46 mit Hochpaß- und Tiefpaßfilter auf, die in Gegenkopplung zwischen der Ausgangsklemme 47 und der invertierenden Eingangsklemme 48 des Funktionsverstarkers geschaltet sind. Das Tiefpaßfilter besteht aus den in Reihe geschalteten Widerständen 49, 51 und einem Querkondensator 52, durch welchen der Verbindungspunkt der Widerstände mit Masse verbunden ist. Das Hochpaßfilter besteht aus den in Reihe geschalteten Kondensatoren 53, 54 und einem Nebenschlußwiderstand 56, durch den der Verbindungspunkt der Widerstände mit Masse verbunden ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat das Filter 17 einen Bandpaß, dessen Mitte bei einer Frequenz Ln der Größenordnung von 40 Hz liegt, und eine Bandbreite von 3 db in der Größenordnung von 6 Hz. Die Widerstände 49, 51 und der Kondensator 52 sind so bemessen, daß unterhalb der ausgewählten mittleren Frequenz liegende Signale rück-The band-pass filter 17 has a function amplifier 46 with high-pass and low-pass filters, which have negative feedback are connected between the output terminal 47 and the inverting input terminal 48 of the function amplifier. The low-pass filter consists of the series-connected resistors 49, 51 and a shunt capacitor 52, through which the connection point of the resistors is connected to ground. The high-pass filter consists of those connected in series Capacitors 53, 54 and a shunt resistor 56 through which the connection point of the resistors to ground connected is. In the preferred embodiment, this has Filter 17 has a bandpass whose center is at a frequency Ln of the order of 40 Hz, and a bandwidth of 3 db on the order of 6 Hz. The resistors 49, 51 and the capacitor 52 are dimensioned so that below signals lying behind the selected middle frequency
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gekoppelt werden, während die Kondensatoren 53, 54 und der Nebenschlußwiderstand 56 so bemessen sind, daß oberhalb dieser mittleren Frequenz liegende Signale rückgekoppelt werden.are coupled, while the capacitors 53, 54 and the shunt resistor 56 are dimensioned so that above This mean frequency lying signals are fed back.
Der Ausgang des Bandpaßfilters 17 ist über einen Kondensator 57 und einen Widerstand 5 8 mit einer Verstärkerstufe verbundens die aus einem Funktionsverstärker 59 besteht. Der Verstärkungsgrad dieses Verstärkers wird durch einen Rückkopplungswiderstand 61 konstant, gehalten, der zwischen der Ausgangsklemme 62 und der invertierenden Eingangsklemme 63ades Funktionsverstärkers geschaltet ist. The output of the bandpass filter 17 is via a capacitor 57 and a resistor 5 8 with an amplifier stage connected which consists of a function amplifier 59. The gain of this amplifier is determined by a feedback resistor 61, which is connected between the output terminal 62 and the inverting input terminal 63 of the operational amplifier.
Der Ausgang des Funktionsverstärkers 5 9 ist mit dem Eingang des Turbulenzkompensators 18 verbunden, der ein Paar Spannungsverdoppler 63, 64 mit entgegengesetzten Phasen aufweist. Der Spannungsverdoppler 63 besteht aus einem Kondensator 66, einem Ladewiderstand 67 und den Dioden 68, 69. Die Dioden sind so geschaltet, daß zwischen der Kathode der Diode 68 und der Anode der Diode 69 eine positive Spannung erzeugt wird. Die Größenordnung dieser Spannung ist das doppelte der Spannung gemessen von Spitze zu Spitze am Ausgang des Verstärkers 59. Der Spannungsverdoppler 64 besteht aus einem Kondensator 71, einem Ladewiderstand 72 und den Dioden 73, 74. Die Dioden sind so geschaltet, daß zwischen der Anode der Diode 7 3 und der Kathode der Diode 74 eine negative Spannung erzeugt wird. Die Anode der Diode 69 und die Kathode der Diode 74 sind zusammengeschaltet und bilden eine gemeinsame Ausgangsklemme für die beiden Spannungsverdoppler. The output of the functional amplifier 5 9 is connected to the input of the turbulence compensator 18, which is a pair Has voltage doublers 63, 64 with opposite phases. The voltage doubler 63 consists of a capacitor 66, a charging resistor 67 and the diodes 68, 69. The diodes are connected so that between the cathode of the Diode 68 and the anode of the diode 69 a positive voltage is generated. The magnitude of this tension is that twice the voltage measured peak-to-peak at the output of amplifier 59. Voltage doubler 64 consists from a capacitor 71, a charging resistor 72 and the diodes 73, 74. The diodes are connected so that between the anode of the diode 7 3 and the cathode of the diode 74 a negative voltage is generated. The anode of diode 69 and the cathode of diode 74 are connected together and form a common output terminal for the two voltage doublers.
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Parallel zu den Ausgängen der Spannungsverdoppler 63, 64 ist jeweils ein zeitbestimmender Kondensator 76 bzw. 7 7 geschaltet. Der Wert des Kondensators 77 beträgt etwa das zehnfache des Kapazitätswertes des Kondensators 76, so daß sich folglich der Ausgang des Spannungsverdopplers 63 schneller ändert als der Ausgang des Spannungsverdopplers Die Kondensatoren 76, 7 7 bewirken somit eine Abstimmung der Spannungsverdoppler, so daß Hochfrequenzänderungen am Ausgang des Verstärkers 59 als positive Spannungen an der Kathode der Diode 68,und Niederfrequenzänderungen als negative Spannungen an der Anode der Diode 73 erscheinen.A time-determining capacitor 76 or 7 7 switched. The value of the capacitor 77 is approximately ten times the capacitance value of the capacitor 76, see above that consequently the output of the voltage doubler 63 changes faster than the output of the voltage doubler. The capacitors 76, 7, 7 thus cause the Voltage doubler, so that high frequency changes at the output of the amplifier 59 as positive voltages on the Cathode of diode 68, and low frequency changes appear as negative voltages at the anode of diode 73.
Die Widerstandswerte der Ladewiderstände 67, 72 sind unterschiedlich gewählt. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt der Widerstandswert des Widerstandes 67 etwa die Hälfte des Widerstandswertes des Widerstandes 72. Wenn daher die Spannungen an den Kondensatoren 76, 77 ihre Maximalwerte erreicht haben, hat der positive Ausgang des Spannungsverdopplers 63 etwa die doppelte Größe des negativen Ausgangs des Verdopplers 64.The resistance values of the charging resistors 67, 72 are selected to be different. In the preferred embodiment, the resistance of resistor 67 is approximately half the resistance of resistor 72. Therefore, when the voltages across capacitors 76, 77 are at their maximum values have reached, the positive output of the voltage doubler 63 is about twice the size of the negative Output of doubler 64.
Die Kathode der Diode 68 und die Anode der Diode 73 sind mit einem Summiernetzwerk verbunden, das aus den Widerständen 78, 79 und 81 besteht. Der Widerstand 81 weist einen verstellbaren Abgriff oder Kontaktarm 82 auf, durch den die relativen Komponenten der positiven und negativen Spannungen am Ausgang des Turbulenzkompensators wahlweise einstellbar sind.The cathode of diode 68 and the anode of diode 73 are connected to a summing network consisting of the resistors 78, 79 and 81 exists. The resistor 81 has an adjustable tap or contact arm 82 through the relative components of the positive and negative voltages at the output of the turbulence compensator optionally are adjustable.
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Der Integrator 19 weist einen Funktionsverstärier 86 auf, zwischen dessen Ausgangsklemme 88 und invertierender Eingangsklemme 89 ein integrierender Kondensator 87 geschaltet ist. Der Ausgang des Turbulenzkompensators liegt an der invertierenden und nichtinvertierenden Eingangsklemme des FunktionsVerstärkers 86. Der Kontaktarm 82 des Summierwiderstandes 81 ist unmittelbar mit der invertierenden Eingangsklemme 89 verbunden, während der gemeinsame Ausgang der Spannungsverdoppler über eine Diode 92 mit der nichtinvertierenden Eingangsklemme 91 verbunden ist. Die nichtinvertierende Eingangsklemme 91 wird auf einer Bezugswertspannung in der Größenordnung von 0,2 Volt gehalten. Zu diesem Zweck dient eine Spannungsquelle von + 6 Volt, die mit dem gemeinsamen Ausgang der Spannungsverdoppler und mit der Kathode der Diode 92 verbunden ist, und ein Widerstand 90, der zwischen der nichtinvertierenden Eingangsklemme und einer Spannungsquelle von + 12 Volt geschaltet ist. Dadurch wird die nichtinvertierende Eingangsklemme des Integrators auf einer Spannung in der Größenordnung von 0,2 Volt über dem gemeinsamen Ausgang der Spannungsverdoppler gehalten und der Integrator verzögert die Betätigung der Warnvorrichtung so lange, bis die'an die invertierende Eingangsklemme angelegte Spannung für eine durch den Wert des integrierenden Kondensators 87 vorgegebene Zeitspanne oberhalb dieses Wertes bleibt.The integrator 19 has a function amplifier 86 on, between its output terminal 88 and inverting input terminal 89, an integrating capacitor 87 is connected is. The output of the turbulence compensator is connected to the inverting and non-inverting input terminal of the function amplifier 86. The contact arm 82 of the summing resistor 81 is directly connected to the inverting input terminal 89, while the common output the voltage doubler is connected to the non-inverting input terminal 91 via a diode 92. The non-inverting one Input terminal 91 is held at a reference voltage on the order of 0.2 volts. to a voltage source of +6 volts is used for this purpose, which is connected to the common output of the voltage doubler and with connected to the cathode of diode 92, and a resistor 90 connected between the non-inverting input terminal and is connected to a voltage source of + 12 volts. This becomes the non-inverting input terminal of the integrator held at a voltage on the order of 0.2 volts across the common output of the voltage doubler and the integrator delays the actuation of the warning device until die'an the inverting input terminal applied voltage for a period predetermined by the value of the integrating capacitor 87 above this value remains.
Der Ausgang des Integrators 19 ist durch eine Diode 93 und einen Widerstand 94 mit der Relaistreiber- oder verstärkerstufe 21 verbunden. Der Relaisverstärker 21 weistThe output of the integrator 19 is through a diode 93 and a resistor 94 to the relay driver or amplifier stage 21 connected. The relay amplifier 21 has
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die Transistoren 96, 97 und 98 auf, die zur Steuerung der Erregung einer Relaisspule 99 geschaltet sind. Die Transistoren 97, 98 sind in Reihe mit der Relaisspule geschaltet und in solcher Weise vorgespannt, daß sie normalerweise leitend sind und die Relaisspule erregt ist, wenn kein Alarmzustand vorliegt. Die Warnvorrichtung 22 ist in solcher Weise mit den Kontakten des Relais verbunden, daß sie so lange nicht betätigt wird wie die Relaisspule 99 erregt ist. An die Basis des Transistors 96 wird das von dem Integrator kommende Signal durch den Widerstand 9H angelegt, und der Kollektor des Transistors 96 ist mit der Basis des Transistors 98 verbunden. Eine Diode 95 ist in den Emitterkreis des Transistors 96 geschaltet und gibt einen Bezugswert vor, über den das Ausgangssignal des Integrators ansteigen muß, um den Transistor 98 abzuschalten und die Relaisspule 99 stromlos zu machen.transistors 96, 97 and 98 which are connected to control the energization of a relay coil 99. The transistors 97, 98 are connected in series with the relay coil and are biased such that they are normally conductive and the relay coil is energized when there is no alarm condition. The warning device 22 is connected to the contacts of the relay in such a way that it is not actuated as long as the relay coil 99 is energized. To the base of transistor 96, the signal from the integrator is applied through resistor 9H , and the collector of transistor 96 is connected to the base of transistor 98. A diode 95 is connected in the emitter circuit of the transistor 96 and provides a reference value above which the output signal of the integrator must rise in order to switch off the transistor 98 and to de-energize the relay coil 99.
Der Transistor 97 bildet einen Teil einer Ausfallüberwachungsschaltung, die zur Abschaltung der Relaisspule und zur Betätigung des Alarms dient, wenn der Oszillator beschädigt, abgeschaltet oder in anderer Weise außer Tätigkeit gesetzt wird. Diese Schaltung ist über eine Eingangsklemme 101 mit dem Oszillator 10 verbunden. Das Oszillatorsignal wird einer Detektorschaltung zugeführt, die aus den Dioden 102, 103 besteht, und das Ausgangssignal des Detektors wird durch einen Widerstand 104 an die Basis des Transistors 97 angelegt. Zur Glättung des Detektorausgangssignals ist ein Filterkondensator 106 vorgesehen. Das vonThe transistor 97 forms part of a failure monitoring circuit that switches off the relay coil and serves to activate the alarm when the oscillator is damaged, switched off or otherwise inoperative is set. This circuit is connected to the oscillator 10 via an input terminal 101. The oscillator signal is fed to a detector circuit consisting of the diodes 102, 103, and the output signal of the detector is applied to the base of transistor 97 through resistor 104. For smoothing the detector output signal a filter capacitor 106 is provided. That from
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dem Detektor ermittelte Oszillatorsignal erzeugt an der Basis des Transistors 97 eine negative Spannung, wodurch dieser Transistor im leitenden Zustand gehalten wird.The oscillator signal detected by the detector generates a negative voltage at the base of the transistor 97, as a result of which this transistor is kept in the conductive state.
Die Arbeitsweise und die Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Raumschutz- und Warneinrichtung sind kurz wie folgt. Dazu sei angenommen, daß die Einrichtung innerhalb eines Raumes eingebaut worden ist und daß der Wandler 11 Energie mit einer Frequenz von 19,2 kHz abstrahlt. Wenn innerhalb des Raums keine Bewegung auftritt, hat das von der Tonaufnehmervorrichtung aufgefangene Signal ebenfalls eine Frequenz von 19,2 kHz. Da beide Signale, die der Mischstufe zugeführt werden, die gleiche Frequenz aufweisen, ist das Ausgangssignal der Mischstufe null, und es ist kein Signal vorhanden, durch welches ein Signal ausgelöst werden könnte.The mode of operation and the possible uses of the room protection and warning device according to the invention are brief as follows. For this purpose it is assumed that the device has been installed within a room and that the converter 11 radiates energy at a frequency of 19.2 kHz. If there is no movement within the room, that has from The signal picked up by the pickup device also has a frequency of 19.2 kHz. Since both signals that of the mixer are fed have the same frequency, the output of the mixer is zero and it is none Signal available which could trigger a signal.
Wenn eine unbefugte Person in den Raum eindringt, hat das aufgefangene Signal eine andere Frequenz als das abgegebene Signal, wobei der Frequenzunterschied der Bewegungsgeschwindigkeit des Eindringlings entspricht. In diesem Fall besteht das Ausgangssignal der Mischstufe 14 aus einem Signal, dessen Frequenz dem Frequenzunterschied zwischen dem ausgesandten und dem aufgefangenen Signal entspricht. Da sich die verschiedenen Teile des Körpers eines Eindringlings normalerweise mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, besteht das Ausgangssignal der Mischstufe aus einem Band von Frequenzen, welche den Bewegungsgeschwindigkeiten der verschiedenen Körperteile entsprechen, und nicht aus einer einzigen Frequenz. Wenn sich eine unbefugtIf an unauthorized person enters the room, the intercepted signal will have a different frequency than that emitted signal, the frequency difference corresponding to the speed of movement of the intruder. In In this case there is the output signal of the mixer 14 from a signal whose frequency corresponds to the frequency difference between the transmitted and the received signal. Because the different parts of an intruder's body usually move at different speeds move, there is the output signal of the mixer from a band of frequencies that correspond to the speeds of movement of the various parts of the body, and not from a single frequency. If there is any unauthorized
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eingedrungene Person mit normaler Gehgeschwindigkeit fortbewegt, sind diese Frequenzen bei angenähert 40 Hz konzentriert und werden durch das Bandpaßfilter 17 durchgelassen.If the intruded person moves at normal walking speed, these frequencies are concentrated at approximately 40 Hz and are passed through the band-pass filter 17.
Frequenzen in der Größenordnung von 40 Hz verursachen einen schnelleren Spannungsanstieg an dem kleineren zeitbestimmenden Kondensator 76 als an dem Kondensator 77. Folglich hat die an die invertierende Eingangsklemme 89 des Integratorverstärkers angelegte Spannung eine positive Polarität und eine der Größe des aufgefangenen Signals entsprechende Amplitude. Gleichzeitig hat der Ausgang des Integratorverstärkers eine negative Polarität und wird durch die Diode an die Basis des Transistors 96 angelegt. Wenn die Spannung an dem Kondensator 87 zunimmt, wird die Basis des Transistors 96 stärker negativ, der Transistor wird stärker leitend und sein Kollektor wird stärker positiv. Sobald die Spannung am Kondensator 87 den durch die Diode 95 vorgegebenen Auslösewert erreicht, schaltet die am Kollektor des Transistors 96 anliegende Spannung den Transistor 98 an, wodurch die Spule 99 stromlos gemacht und ein Alarmzustand verursacht· wird.Frequencies on the order of 40 Hz cause a faster voltage rise on the smaller timing one Capacitor 76 than on capacitor 77. Consequently, the has to be connected to the inverting input terminal 89 of the integrator amplifier applied voltage has a positive polarity and one corresponding to the size of the signal being picked up Amplitude. At the same time, the output of the integrator amplifier has negative polarity and is driven by the diode applied to the base of transistor 96. When the voltage on capacitor 87 increases, it becomes the base of the transistor 96 more negative, the transistor becomes more conductive and its collector becomes more positive. As soon as the tension reaches the trigger value specified by the diode 95 at the capacitor 87, the switch at the collector of the transistor 96 applied voltage to the transistor 98, whereby the coil 99 is de-energized and causes an alarm condition. will.
Wenn die Bewegung innerhalb des Raums langsamer als mit der normalen Bewegungsgeschwindigkeit eines Eindringlings erfolgt, besteht das an den Turbulenzkompensator 18 angelegte Signal im allgemeinen aus langsamen Änderungsgeschwindigkeiten. Konstante langsame Bewegungen erzeugen im wesentlichen gleichzeitig xnen positiven und einen negativen Spannungsanstieg an dem zeitbestimmenden Kondensator 76 bzw. 77.When movement within the room is slower than the normal movement speed of an intruder occurs, the signal applied to the turbulence compensator 18 will generally consist of slow rates of change. Constant slow movements produce essentially simultaneous positive and negative voltage increases at the time-determining capacitor 76 or 77.
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Wenn die Ausgänge der Spannungsverdoppler im wesentlichen gleiche Größe und entgegengesetzte Polarität aufweisen, ist das Eingangssignal am Integrator im wesentlichen null, so daß die Warnvorrichtung nicht betätigt wird. Somit kann Luftturbulenz, die maximale Energie in dem sehr niedrigen Frequenzbereich erzeugt, nicht zu einer Auslösung des Alarms führen.When the outputs of the voltage doubler are essentially have the same size and opposite polarity, the input signal at the integrator is essentially zero, see above that the warning device is not actuated. Thus, air turbulence, the maximum energy in the very low Frequency range generated, do not trigger the alarm.
Die Warnvorrichtung wird auch dann nicht betätigt, wenn eine Bewegung niedriger Frequenz, jedoch ausreichender Größe über eine längere Zeitspanne anhält. Die Einrichtung kann jedoch nicht durch einen Eindringling dadurch überlistet werden, daß sich dieser kriechend oder ungewöhnlich langsam fortbewegt, da sich die verschiedenen Teile seines Körpers mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen und erratische Bewegungen in vielen Frequenzen erzeugen. In diesem Fall wird der Alarm ausgelöst, da sich der kleinere Kondensator 76 sehr schnell auflädt, und der größere Kondensator 77 nicht in der Lage ist, dieser schnellen Aufladung entgegenzuwirken. Somit übertrifft die positive Ausgangsspannung des Spannungsverdopplers 63 die negative Ausgangsspannung des Doppiers 6H um einen Betrag, welcher den Relativgrößen der Ladewiderstände 67, 72 und der Größe des aufgefangenen Signals entspricht.The warning device is not activated even if there is a movement of low frequency, but sufficient Size persists for a long period of time. However, the facility cannot be outwitted by an intruder thereby This will cause it to creep or move unusually slowly as the different parts of its body move move at different speeds and erratic Generate movements in many frequencies. In this case the alarm is triggered because the smaller capacitor is 76 charges very quickly, and the larger capacitor 77 is unable to counteract this rapid charge. Thus, the positive output voltage of the voltage doubler 63 exceeds the negative output voltage of the doubler 6H by an amount which corresponds to the relative sizes of the charging resistors 67, 72 and the size of the trapped Corresponds to the signal.
Ein Knallgeräusch oder eine vorübergehende Störung ist von hoher Frequenz und erzeugt daher eine positive Spannung am Ausgang des Turbulenzkompensators. Diese Spannung hat jedoch eine so kurze Zeitdauer, daß der Integrator-A popping noise or temporary disturbance is of high frequency and therefore creates a positive one Voltage at the outlet of the turbulence compensator. This tension however, has such a short duration that the integrator
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kondensator 87 nicht auf einen ausreichend hohen Wert aufgeladen werden kann, um den Transistor 98 abzuschalten und den Alarm auszulösen. Aufgrund des integrierenden Kondensators ist daher die Einrichtung unempfindlich gegenüber Geräuschen, die beispielsweise in Rohrleitungen auftreten oder sich dadurch ergeben, daß ein Buch aus einem Regal herausfällt.capacitor 87 cannot be charged to a sufficiently high level to turn off transistor 98 and set off the alarm. Because of the integrating capacitor, the device is therefore insensitive to noises that occur, for example, in pipelines or that result from a book falling out of a shelf.
Wenn der Eindringling den Oszillator 10 außer Tätigkeit setzt, verschwindet die negative Spannung an der Basis ' des normalerweise leitenden Transistors 97. Damit wird die positive Versorgungsspannung +V über den Widerstand 107 an die Basis des Transistors 97 angelegt, der Transistor wird gesperrt und schaltet seinerseits die Relaisspule 99 ab, wodurch ein Alarmzustand ausgelöst wird.When the intruder puts the oscillator 10 inoperative, the negative voltage at the base disappears' of the normally conductive transistor 97. The positive supply voltage + V via the resistor 107 applied to the base of transistor 97, the transistor is blocked and in turn switches off the relay coil 99, thereby triggering an alarm condition.
Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, ist durch die Erfindung eine neuartige und verbesserte Raumschutz- und Warneinrichtung geschaffen worden, die Mittel zum Unterscheiden zwischen den Bewegungen einer unbefugt eindringen- | den Person oder eines Objektes gegenüber anderen Störungen wie z.B. Luftturbulenz und Knallgeräuschen aufweist. Außerdem ist die Einrichtung so beschaffen, daß sie auch dann einen Alarm auslöst, wenn sich der Eindringling ungewöhnlich langsam bewegt oder den Oszillator außer Tätigkeit setzt.As the above description shows, the invention provides a novel and improved space protection and Warning device has been created, the means to distinguish between the movements of an unauthorized intruder- | the person or an object has other disturbances such as air turbulence and popping noises. aside from that the device is designed in such a way that it triggers an alarm even if the intruder is unusual moves slowly or disables the oscillator.
— Patentansprüche —- patent claims -
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Claims (7)
abgegebene Signal ansprechbar ist φat the output of the filter is dependent, and by a warning device (22), which is based on the from the summing device
output signal is addressable φ
einem Funktionsverstärker (41) mit einer invertierenden und einer nichtinvertierenden Eingangsklemme (42, 43) und einer Ausgangsklemme (44) aufweist, wobei das ausgesandte und das aufgefangene Signal an die Eingangsklemmen des Funktionsverstärkers anlegbar sind und an der Ausgangsklemme das
Differenzsignal erzeugbar ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the device serving to summarize the captured and transmitted signal has a mixer (IH)
a functional amplifier (41) with an inverting and a non-inverting input terminal (42, 43) and an output terminal (44), wherein the transmitted and the captured signal can be applied to the input terminals of the functional amplifier and to the output terminal
Difference signal can be generated.
(63, 64) jeweils zeitbestimmende Kondensatoren (76, 77)
unterschiedlicher Werte verbunden und die Werte der Kondensatoren so bemessen sind, daß die Größe der Ausgangsspannung an jedem Spannungsverdoppler mit einer einem unterschiedlichen Bereich des von dem Filter abgegebenen Frequenzspektrums entsprechenden Geschwindigkeit ansteigt.3. Device according to claim 1, characterized in that with the outputs of the matched voltage doubler
(63, 64) each time-determining capacitors (76, 77)
of different values are connected and the values of the capacitors are dimensioned such that the magnitude of the output voltage at each voltage doubler increases at a rate corresponding to a different region of the frequency spectrum output by the filter.
Eingangswiderstände (67, 72) unterschiedlicher Werte aufweisen, die so bemessen sind, daß durch Signale vorbestimmter und oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegender Zeit-.4. Device according to claim 3, characterized in that the voltage doubler (63, 64) connected in series
Input resistances (67, 72) have different values, which are dimensioned so that by signals of predetermined and above a predetermined value lying time.
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| OHJ | Non-payment of the annual fee |