DE2239763C3 - Alarmanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Alarmanlage, bestehend aus einem Schallerzeuger zur Erzeugung von Schallwellen in ein zu schützendes Gebiet, mit wenigstens einem Schallfühler zur Erfassung von Schallwellen, die von stationären und sich bewegenden Objekten in dem zu schützenden Gebiet erzeugt werden und abhängig davon elektrische Signale liefern, mit einer Verstärkungsanordnung zur Verstärkung der elektrischen Signale, mit einer Selektionseinheit zum Selektieren einer Komponente aus den elektrischen Signalen, welche eine Frequenz hat, die gleich der Frequenz der Differenz zwischen denjenigen Schallwellen ist, die von den stationären und sich bewegenden Objekten reflektiert werden, wobei das Vorliegen dieser Komponente anzeigt daß sich ein Eindringling in dem zu schützenden Gebiet befindet.

Eine Alarmanlage der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 35 25 976 bekannt. Bei dieser Alarmanlage ist ein Modulator zur Überlagerung des abgestrahlten und empfangenen Signals vorgesehen, um ein Doppler-Frequenzsignal zu erzeugen, sobald das empfangene Signal durch einen sich bewegenden Reflektor reflektiert wird. Bei dieser Alarmanlage ist es schwierig, ein ausreichendes Gebiet, das geschützt werden soll, festzulegen, weil nur ein einziger Sender und Empfänger verwendet wird. Die Empfindlichkeit des Schallfühlers Störgeräusche erfaßt und Fehlalarme ausgelöst würden. Wird dagegen die Empfindlichkeit des Schallfühlers niedrig gewählt, ist eine Erfassung eines Eindringlings in bestimmten Bereichen des zu schützenden Gebietes nicht möglich.

Aus der Zeitschrift »Electronics World«, 1968, Seite 44 bis 46 und Seite 86 ist eine mit Ultraschall arbeitende Alarmanlage bekannt, bei der zwei Wandler in einer Einheit vorgesehen sind, von welchen ein Wandler die Ultraschallwellen erzeugt und der andere Wandler als Schallfühler dient.

In »Elektrische Raumschutzanlagen« (Siemens Techn. Information), Juli 1966, ist eine Alarmanlage mit räumlich verteilten Mikrofonen beschrieben, die den von einer gemeinsamen Schallquelle erzeugten Schall empfangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Alarmanlage hoher Empfindlichkeit zu schaffen, die eine effektive Überwachung eines zu schützenden Gebietes gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere, räumlich verteilte Schallfühler sowie eine Summierschaltung zum Summieren der verstärkten elektrischen Signale und zur Zuführung der resultieren·

den Summe zu der Selektionseinheit vorgesehen sind.

Bei der erfindungsgernäßen Alarmanlage werden die Signale vor ihrer Summierung verstärkt, was zu einer wesentlichen Verbesserung des Wirkungsgrades der gesamten Alarmanlage führt. In diesem Sinne ist der Einsatz jeweils eines Verstärkers für jeden Schallfühler gerechtfertigt. Die verbesserte Leistung ergibt sich zumindest teilweise aufgrund der Beseitigung von Wechselwirkungen zwischen der Vielzahl von Schallfühlern, deren Signale vor der Summierung getrennt ι verstärkt »-erden.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Alarmanlage zur Sicherung gegen Eindringlinge anhand der schematischen Zeichnungen als Beispiel beschrieben. ι.

F i g. 1 ist ein Blockschaltbild der Alarmanlage zur Sicherung gegen Eindringlinge;

Fi g. 2 ist ein Schaltbild eines Oszillators der Anlage nach F i g. 1;

Fig.3 ist ein Schaltbild der Steuerschaltung der j.> Anlagenach Fig. 1;

Fig.4 ist ein Schaltbild eines entfernt angeordneten, schallempfindlichen Meßumformers mit nachgeschaltetem Verstärker der Anlage nach Fig. 1;

F i g. 5 ist ein Schaltbild eines Verstärkers für die summierten Ausgangssignale der Anlage nach Fig. 1; und

Fig.6 ist ein Schaltbild einer Selektionseinheit der Anlagenach Fig. 1.

Im einzelnen zeigt F i g. 1 eine Alarmanlage zum jo Aufspüren der Bewegung von Objekten, insbesondere von Eindringlingen, in einem zu schützenden Gebiet 19, das durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Die Alarmanlage enthält einen Schallerzeuger mit einem Oszillator 11, einer Steuerschaltung 13 und einer J5 Vielzahl von Umformern 15 (z. B. Lautsprecher). Die Umformer 15 sind so ausgebildet, daß sie die gleiche Grundresonanzfrequenz besitzen, die vorzugsweise im Ultraschallbereich des akustischen Spektrums, z. B. bei 26 kHz liegt, und diese Resonanzfrequenz dient als Referenzfrequenz für die Operation der Alarmanlage zur Sicherung gegen Eindringlinge.

Der Oszillator 11 ist in Fig.2 detailliert dargestellt und ist mit seinen Anschlüssen 17 derart angeschlossen, daß er einen der Umformer 15 steuert, um eine Referenzfrequenz zu liefern. Der Oszillator 11 ist in herkömmlicher Weise in der sogenannten Pierce-Schaltung geschaltet, die üblicherweise für Quarzoszillatoren verwendet wird. Der Oszillator 11 enthält einen NPN-Transistor 19, Vorspannungswiderstände 21—23, einen LC-Resonanzkreis, der durch eine Spule 25 und einen Kondensator 26 gebildet wird, einen Eingangskondensator 27 und einen parallel geschalteten Kondensator 29. Der Oszillator 11 arbeitet bei der Grundresonanzfrequenz des Lautsprechers 15, der mit seinen Anschlüssen 17 verbunden ist. Die Kollektorimpedanz des Transistors 19 ist kapazitiv, und der durch die Induktivität 25 und die Kapazität 26 gebildete LC-Kreis ist so dimensioniert, daß e^r auf einer ausgewählten Frequenz unterhalb der Referenz- oder Grundresonanzfrequenz des Umformers 15 in Resonanz ist. Der Transistor 19 ist auf einen vorgewählten Arbeitspunkt durch geeignetes Dimensionieren der Widerstände 21—23 und durch Anlegen der Spannung V+ und Erde vorgespannt. Der Kondensator 29 ist in dem Oszillator 11 als ein dem Emitter parallel geschalteter Kondensator für den Transistor 19 geschaltet, und der Kondensator 27 ist als ein kapazitiver Eingangsbhndwiderstand für den Transistor 19 geschaltet. Beim Betrieb des Oszillators 11 verursachen die Phasenverschiebung durch die Kapazi tat in dem Schaltkreis und die elektromechanischen Eigenschaften des Umformers 35, daß der Schaltkreis bei der Grundresonanzfrequenz des Umformers 15 schwingt, und an der Kollektorelektrode des Transistors 19 wird eine Steuerspannung erzeugt, die etwa gleich dem zweifachen Wert der Versorgungsspannung V+ ist Diese Steuerspannung wird über elektrische Zuführungen 31 dem Steuerkreis 13 zugeführL

Der Steuerkreis 13 ist in Fig.3 im einzelnen dargestellt und arbeitet als Steuerglied für eine Vielzahl von Umformern 15. Der Oszillator 11 steuert den Steuerkreis 13 über Leitungen 31 und Eingangskapazitäten 33 und 35. Bei der positiven Halbwelle der Oszillatorsteuerspannung leiten die Diode 37 und der NPN-Transistor 39. Das Leiten des Transistors 39 steuert seinerseits den NPN-Transistor 41 in Sättigung. Die Widerstände 47 und 49 sind so geschaltet, daß sie für die Transistorstabilität eine Rücicverbindung von der Basis zum Emitier liefern. Bei der negativen Halbwelle der Oszillator-Steuerspannung geschieht das Umgekehrte mit der Diode 51 und dem PNP-Transistor 53, der leitend wird, so daß der PNP-Transistor 55 und der NPN-Transistor 57 in die Sättigung gesteuert werden. Der Transistor 57 wird über den Widerstand 59 in die Sättigung gebracht. Die Widerstände 61 und 63 sind derart geschaltet, daß sie eine Rückverbindung von der Basis zum Emitter zum Zwecke der Transistorstabilität liefern.

Bei dieser Arbeitsweise, bei der der Steuerkreis 13 durch den Oszillator 11 gesteuert wird, um alternativ die eine Gruppe von Transistoren 39, 41, 45 und dann die andere Gruppe 53, 55, 57 zu steuern, wird den Schaltkreispunkten 65 eine Spannung aufgeprägt, deren Amplitude gleich dem zweifachen Wert der Gleichspannungsversorgungsspannung V+ ist. Zwischen den Schaltkreispunkten 65 und den Ausgangsanschlüssen 67 des Steuerkreises liegt ein Serienresonanzfiltcrkreis, der aus einer Spule 69 und einem Kondensator 71 besteht. Der Serienresonanzkreis arbeitel, um im wesentlichen alle Frequenzkomponenten außer der Referenzfrequenzkomponente zu dämpfen, so daß das Ausgangssignal, das an den Ausgangselektroden 67 erscheint, nur die Referenzfrequenz von 26 kHz oder wie auch die Grundresonanzfrequenz sein mag, ist.

Die Ausgangsanschlüsse 67 des Steuerkreises sind jeder mit einem von zwei signaltragenden Leitern eines abgeschirmten Kabels 73 verbunden. Die Abschirmung des Kabels 73 ist geerdet, und eine Vielzahl von Umformern 15 (von denen zwei Umformer dargestellt sind) sind zwischen die Leiter des Kabels 73 geschaltet, so daß sie auf der Referenzfrequenz von dem Steuerkreis 13 gesteuert werden. Wegen der Kapazitätsverteilung in dem Kabel 73 erfordern höherfrequente elektrische Signale eine relativ höhere Steuerleistung. Aus diesem Grunde ist das Serienresonanzfilter, das aus der Spule 69 und dem Kondensator 71 aufgebaut ist, in dem Steuerkreis 13 enthalten, so daß die Harmonischen der Referenzfrequenz gedämpft werden, um Verlust an Leistung zu vermeiden, die durch die Erzeugung harmonischer Signale auf dem Kabel 73 unnötigerweise verbraucht würde. Auf diese Weise bleibt viel Leistung durch das Herausfiltern der Harmonischen der Referenzfrequenz erhalten, ohne daß ein Verlust an Leistung entsteht. Weiterhin wird in dem Steuerkreis 13 durch die Verwendung der Schaltunessteueranordnunsr. bei der

alternativ die eine Gruppe von Transistoren und dann die andere gesteuert wird, wenig Leistung zum Steuern der Transistoren dissipiert, so daß Transistoren aus billigem Material verwendet werden können. Die Zuverlässigkeit der Arbeitsweise der Transistoren wird ebenfalls durch die Kühlung der Transistoren, die sich aus dem hohen Wirkungsgrad der gesteuerten Schallungsweise ergibt, erhöht.

Bei der Verwendung der als Beispiel angegebenen Alarmanlage zur Sicherung gegen Eindringlinge, liegen die Umformer 15 innerhalb oder angrenzend an das ausgewählte Gebiet 10, das geschützt werden soll, an strategisch verteilten Stellen. Dadurch werden Schallwellen mit einer vorher bestimmten Referenzfrequenz innerhalb des Gebietes 10 erzeugt. Diese Schallwellen 10. die vorzugsweise Ultraschallwellen sind, werden von Objekten innerhalb des Gebietes 10 reflektiert, so daß Referenzechosignale mit der Referenzfrequenz durch Reflekiion der Schallwellen von stationären Objekten erzeugt werden, und frequenzverschobene Echosignale werden durch Reflektion von Schallwellen an bewegten Objekten erzeugt. Die frequenzverschobenen Echosignale werden aufgrund der Doppler-Frequenzverschiebung von Schall durch ein bewegtes Objekt erzeugt. Obgleich die Frequenzverschiebung, die normalerweise durch einen Eindringling erzeugt wird, im Vergleich zu der Referenzfrequenz klein ist. überlagern sich die dopplerverschobenen Echosignale den größeren ständig vorhandenen Referenzechos und erzeugen eine Dopplerschwebungsfrequenz. die gleich der Frequenzdifferenz zwischen den Referenzechosignalen und den dopplerverschobenen Echosignalen ist.

Wie in F i g. 1 dargestellt, enthält das Alarmsystem mehrere, räumlich verteilte Schallfühler 81, die durch schallempfindlichen Meßumformer oder Mikrophon gebildet sind. Meßverstärker 83, die jeweils mit einem Meßumformer verbunden sind, ein abgeschirmtes Kabel 85, eine Summierschaltung 87 für die summierten Ausgangssignale, eine Signalzentraleinheit 89 und einen Alarmgeber 91. Die Schallfühler 81, von denen drei dargestellt sind, sind strategisch innerhalb oder relativ zu dem zu schützenden Gebiet 10 als Fühler für die Referenzechosignale und die frequenzverschobenen Echosignale, die von Objekten innerhalb des Gebietes 10 reflektiert werden, angeordnet. Jeder Schallfühler 81 ist mit einem Verstärker 83 verbunden, um einen Meßverstärker zu bilden. Jedes derart gebildete Gerät wird vorzugsweise in ein festes Metallgehäuse, wie z. B. einem Aluminiumkasten, eingebaut. Der Meßverstärker ist näher in F i g. 4 dargestellt, wo er in seinem Kasten oder Gehäuse 93 dargestellt ist. Der Schallfühler 81 liegt in dem Gehäuse 93 angrenzend an eine öffnung 94, die in dem Gehäuse ausgebildet ist. so daß er fur die Aufnahme von Schall, der von Objekten innerhalb des Gebietes 10 reflektiert worden ist, geeignet angeordnet ist Der Schallfühler 81 liegt zwischen den Eingangselektroden 95 des Verstärkers 83, um die Basis des Transistors 97 zu steuern. Eine Gleichvorspannung wird durch die Ausgangsanschlüsse 99 des Verstärkers 83 über die zwei signaltragende Leiter 101 und 103 des abgeschirmten Kabels 85 zur Stromversorgung an die einzelnen entfernt angeordneten Verstärker 83 geleitet Ein Ausgang 99 des Verstärkers 83 ist mit dem signaltragenden Leiter 101 durch die Leitung 102 verbunden. Der andere Ausgang 99 ist mit dem anderen signaltragenden Leiter 103 des Kabels 85 durch die elektrische Leitung 104 verbunden. Die Abschirmung des Kabels 85 ist geerdet und elektrische Leiter 105 verbinden das Gehäuse 93 des entfernt angeordneten Verstärkers mit der Abschirmung des Kabels 85.

Im Betrieb des Meßverstärkers, der jeweils durch einen Schallfühler 81 und den mit ihm verbundenen Verstärker 83 gebildet wird, erzeugt jeder Schallfühler 81 sehr kleine elektrische Signale, die den innerhalb des Gebietes 10 reflektierten Echosignalen entsprechen. Diese erzeugten elektrischen Signale steuern die Basis des Transistors 97, der vom NPN-Typ ist, und ein justierbarer oder variabler Widerstand 107 kann als Einstellmittel für den Verstärkungsgrad in jedem einzelnen Meßverstärker vorgesehen werden. Die Vorspannungswiderstände 109 und 110 sind in dem Verstärker 83 zum geeigneten Vorspannen des Transistors 97 geschaltet. Im Verstärker 83 ist der Kondensator 111 vorgesehen, um den Kollektor des Transistors 97 mit einem der signaltragenden Leiter des Kabels 85 zu verbinden. Der Verstärker 83 ist ein Stromerzeuger und arbeitet, indem er elektrische Stromsignale an seinen

.·.. Ausgangsklemmen 99 erzeugt, die den durch die Schallfühler 81 empfangenen Echosignalen entsprechen. Jeder Meßverstärker arbeitet als Stromverstärker, der im wesentlichen von elektrischer Störung geschützt ist und die signaltragenden Leiter 101 und 103 des Kabels

.'. 85 speist. Die Ausgangsimpedanz eines jeden Verstärkers 83 soll relativ hoch ausgelegt sein im Vergleich zu der Impedanz, die das Kabel 85 abschließt. Wie im Nachstehenden erklärt wird, wird das Kabel 85 mit einer sehr geringen Impedanz durch einen Verstärker in

. ι Basisschaltung abgeschlossen. In den Schaltkreis des Verstärkers 83 sind Serieninduktivitäten 112 und 113 zusammen mit Durchführungskondensatoren 114 und 115 enthalten, um zu verhindern, daß Energie von dem Ultrahochfrequenzband in das Meßumformergehäuse

■;. 93 eindringt, wobei das Gehäuse 93 selbst als eine Abschirmung gegen elektrische Störung dient. Im Falle, daß irgendeine derartige Energie nach dem Filtern durch die Induktivitäten 112, 113 und durch die Kapazitäten 114,115 übrigbleibt, dient ein Kondensator

ti. 116, der zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 97 liegt, als Shunt gegen diese ultrahohen Frequenzen, so daß kein verstärktes Ultrahochfrequenzausgangssignal durch den Transistor 97 erzeugt wird.

Die durch den Meßverstärker erzeugten elektrischen Stromsignale werden auf dem Kabel 85 summiert und das Kabel 85 ist an den Ausgängen 117 mit der Summierschaltung 87 verbunden. Die Summierschaltung 87 ist in F i g. 5 im einzelnen dargestellt und besitzt

to einen Transformator 119, der aus zwei vorzugsweise bifilargewickelten Primärspulen auf einem Ferritkern und einer einzigen getrennt gewickelten Sekundärspule aufgebaut ist Der Transformator Ü9 liefert Gleichspannung an den Meßverstärker über die Leiter 101,103

des Kabels 85 und koppelt ebenfalls die elektrischen Stromsignale von den entfernt angeordneten Meßverslärkern an den Emitter eines Verstärkers in Basisschaltung, die durch einen NPN-Transistor 121 gebildet wird. Die Primärspulen des Transformators 119 sind zusätz-

bo lieh so gewickelt oder orienliert daß Gleichiaktsignale, die in beiden signaltragenden Leitern 101 und 103 induziert werden, in dem Transformatorkern Flüsse erzeugen, die gleich und entgegengesetzt gerichtet sind und sich daher aufheben. Daher kann keine Spannung in der Sekundärwicklung des Transformators 119 induziert werden, die auf Gleichtaktsignale, wie z. B. elektrisches -Rauschen, das in gleicher Weise in den Kabelleitern 101 und 103 induziert wird zurückzuführen ist Die

elektrischen Stroinsignale von den Meßverslärkcrn, die auf den Kabelleitern 101 und 103 summiert werden, erzeugen jedoch Flüsse in den jeweiligen Primärspulen des Transformators 119, die sich addieren, um ein aufsummiertes Signal in der Sekundärwicklung des Transformators 119 zu induzieren.

In der Summierschaltung 87 hindern die Streuinduktivilät des Transformators 119 und die Durchführungskondensatoren 123, die an dem Verstärkergehäuse 122 vorgesehen sind, die ultrahochfrequenten Signale am Eindringen in den Transistorverstärker 121. Eine Gleichspannungsversorgungsspannung wird an die Summierschaltung 87 in Form von V'+ und Erde über die Vorspannungswiderstände 124—127 geliefert. Die Basis des Transistors 121 liegt über den Kondensator 129 an dem Bezugspunkt der Ultraschallreferenzfrequenz der Anlage. Der mit der Sekundärspuie des Transformators 119 in Serie geschaltete Kondensator 131 arbeitel als ein Resonanzkreis zum Übertragen der summierten elektrischen Signale, die die empfangenen Echosignale darstellen, an den Transistorverstärker 121. Die Summierschaltung 87 erzeugt ein Ausgangssignal, das die empfangenen Echosignale darstellt, an seinen Basis-Kollektor-Elektroden und ist mittels elektrischer Leitungen 133 und dem Gleichspannungsabblockkondensator 134 mit der Selektionseinheit 89 verbunden. Auf diese Weise arbeitet die Summierschaltung 87 als Kopplungsglied, indem sie von dem Kabel 85 die summierten Stromsignale empfängt, die die empfangenen Echosignale darstellen, und diese Signale an die Selektionseinheit 89 weiterleitet.

Die Selektionseinheit 89 ist detaillierter in Fig. 6 dargestellt, und sie dient dazu, die Dopplerschwebungsfrequenz nachzuweisen, die eine Bewegung in dem geschützten Gebiet 10 anzeigt, integriert das nachgewiesene Signal als Funktion der Zeit und verstärkt das nachgewiesene und integrierte Schwebungsfrequenzsignal, um ein ein Alarm auslösendes Signal zu erzeugen. Die Selektionseinheit 89 enthält eine Gleichspannungsquelle zur Lieferung der Spannungen V+ und Erde. Die Gleichspannungsquelle, die ganz allgemein durch das Bezugszeichen 141 bezeichnet ist, enthält eine Wechselspannungsquelle 143, über der die Eingänge einer Diodenbrücke liegen, die aus den Dioden 144—147 gebildet ist. Die Ausgänge der Diodenbrücke sind über einen Kondensator 149 verbunden, so daß das durch die Diodenbrücke gleichgerichtete Signal hierdurch gefiltert wird und einen Emitter an dem nachfolgenden Transistor 151 steuert. Die Basis des NPN-Transistors 151 ist normalerweise über eine Zenerdiode 153 mit einer Spannungssammelschiene 155 der Signalzentraleinheit 89 verbunden. Der Emitter des Transistors 151 ist mit einer anderen Spannungssammelschiene 157 der Zentraleinheit 89 verbunden; hierdurch wird die Signalzentraleinheit 89 mit Gleichspannung versorgt Ein Schalter 159 ist zur Verbindung der Basis des Transistors 151 mit einer Nickelcadmiumbatterie 161 anstelle der Zenerdiode 153 vorgesehen, so daß entweder die Batterie 161 oder die Zenerdiode 153 als Versorgungsbezugsspannung verwendet werden kann. Die vorgesehene Bezugsspannung ist normalerweise eine 12 Volt-Bezugsspannung, so daß die Spannung V+ + 12 Volt beträgt. Der Strom fließt entweder zu der Batterie 161 oder über den Widerstand 163, der zwischen dem Filterkondensator 149 und der Basis des Transistors 151 liegt, an die Zenerdiode 153. Eine Diode 165 liegt zwischen dem Filterkondensator 149 und dem Kollektor des Transistors 151.

Wie im Vorstehenden erwähnt, wird die Zenerdiode 153 oder die Batterie 161 als 12 Volt-Bezugsspannung in dem Energieversorgungskreis verwendet. Die Bezugsspannung ist mit der Basis des Transistors 151 verbunden, und der Emitter dieses Transistors 151 liefen die Gleichspannung an die Selektionseinheit 89. Über die Diode 165 wird die Kollektorspannung an den Transistor 151 geführt. Die Batterie 161 wird anstelle der Zenerdiode 153 verwendet, immer wenn Bereitschaftsenergie benötigt wird. Auf diese Weise kann, wenn die Wechselspannung ausfällt, die Batterie 161 verwendet werden, um Strom an das System über den Basis-Emitter-Weg durch Leitung des Transistors 151 zu liefern. Die Diode 165 schützt den Weg über die Basis und den Kollektor im leitenden Zustand des Transistors 151, wenn die Batterie 161 in den Stromversorgungskreis eingeschaltet ist. Ohne die Diode 165 würde der Basis-Kollektor-Weg des Transistors 151 versuchen, den Fillerkondensator 149 zu laden, und ein derartiges Anwachsen des Stromes durch die Basis zum Kollektor des Transistors 151 würde den Transistor 151 zerstören. Es wird bemerkt, daß ein Stromversorgungsausgang 171 in der Selektionseinheit 89 vorgesehen ist, an der die Spannung V+ erzeugt wird. Die anderen Bauteile der als Beispiel angegebenen Alarmanlage zur Sicherung gegen Eindringlinge können an diese Elektrode 171 angeschlossen werden, um eine Stromversorgung mit der Spannung V+ zu erhalten.

Im Betrieb der Selektionseinheit 89 wird das summierte elektrische Ausgangssignal der Summierschaltung 87 über die elektrischen Leitungen 133 an den Eingängen 173 der Selektionseinheit 89 empfangen. Die Dopplerschwebungsfrequenz wird aus dem aufsummierten elektrischen Eingangssignal, das an den Eingängen 173 empfangen wird, durch den Transistor 175, der vom NPN-Typ ist, nachgewiesen. Der Transistor 175 wird mittels der Vorspannungswiderstände 176 und 177 vorgespannt, um bei einem sehr geringen Basisstrom in dem nichtlinearen Bereich zu arbeiten. Dabei ist die Hüllkurve oder der Kurvenverlauf des summierten Ausgangssignals, das die Dopplerschwebungsfrequenz enthält, die einzige Komponente des summierten Ausgangssignais, die durch den Transistor 175 nachgewiesen wird. Dieser Nachweis der Hüllkurve des summierten Ausgangssignals erfolgt sogar bei großen Änderungen in der Amplitude des ständigen Referenzechosignals, das von der Summierschaltung 87 empfangen wird. Der Kondensator 179 und der Widerstand 181 in der Selektionseinheit 89 entkoppeln die Selektionseinheit 89 von der Stromversorgung 141.

Die nachgewiesene Dopplerschwebungsfrequenz wird an die Basis eines Filterverstärkers der durch einen NPN-Transistor 183 gebildet wird, über einen Koppelwiderstand 185 und eine Kapazität 187 gekoppelt, die in Form eines Millerintegrators geschaltet sind, um das Schwebungsfrequenzsignal als Funktion der Zeit zu integrieren. Ein Ausgangskondensator 189 liegt zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors 175, so daß der Kondensator 189 mit dem Widerstand 185 und der Kapazität 187 zu einem Filter zusammengefügt werden, das ein im wesentlichen flaches Frequenzsignal von 0 bis etwa 50 Hz liefert. Der Kondensator 189 dient als Shunt für die höheren ungewünschten Frequenzen, die ein elektrisches Rauschen gegen Erde darstellen, gegenüber dem Kollektor des Transistors 175. Elektrische Signale mit einer Frequenz von mehr als 50 Hz werden durch diesen Filterkreis gedämpft mit einer

Dämpfung von angenähert 12 DB/Oktave. Auf diese Weise wird ein Frequenzsignal geliefert, das optimal zum Nachweis bewegter Objekte in der Art von Eindringlingen und zum Unterdrücken von Nebengeräuschen und Geräuschen von vorbeifliegenden Insekten ist. Für eine Ultraschallreferenzfrequenz von etwa 26 kHz stellt eine 50 Hz Dopplerschwebungsfrequenz eine Geschwindigkeit von angenähert 30 cm/Sekunde (1 Foot per second) dar. Ein Gleichspannungsabblockkondensator 191 und ein Vorspannungswiderstand 193 sind ebenfalls in dem Schaltkreis zwischen dem Detektor, der durch den Transistor 175 gebildet wird, und dem Verstärker, der durch den Transistor 183 gebildet wird, vorgesehen.

Das Ausgangssignal des Transistors 183 wird an seinem Kollektor erzeugt und erscheint über dem Belastungswiderstand 201. Ein Gleichspannungsabblockkondensator 203 liegt zwischen dem Kollektor des Transistors 183 und einer Diodenkombinalion (diode pump), die aus den Dioden 204 und 205 gebildet wird.

Das verstärkte Doppler-Schwebungssignal, das an dem Kollektor des Transistors 183 erzeugt worden ist, lädt den Kondensator 207 über die Diodenkombination (diode pump) auf, die aus den Dioden 204 und 205 gebildet wird, bis ein NPN-Transistor 209 durch diese Aufladung, die über den Widerstand 211 geschieht, in den Durchlaßzustand gebracht wird. Die Vorspannungswiderstände 213 und 215 sind mit dem Transistor 209 verbunden, um die Ladung und die Spannung festzulegen, die als Vorspannung notwendig ist, um den Transistor 209 in den Durchlaßzustand zu bringen. Der Durchlaßzustand des monostabilen Transistors 209 triggert einen PNP-Transistor 216 in den Durchlaßzustand, um ein in Fig. 1 dargestelltes Relais 217, das zwischen den Ausgängen 219 der Signalzentraleinheit 89 liegt, über einen PNP-Transistor 221 mit Strom zu versorgen. In dem Relaisversorgungskreis entsteht Rückkopplung, wegen des Feedback-Weges, der durch den Widerstand 213 und einen Kondensator 223 gebildet wird. Die Vorspannungswiderstände 224 und 225 sind mit den Transistoren 209 und 216 verbunden, und der Transistor 221 dient als Schalter zur Energieversorgung für das Relais 217. Ein von Hand bedienter Schalter 231, der in Serie mit einer Lampe 233 liegt, ist zwischen die Basis des Transistors 221 und Erde geschaltet, um anzuzeigen, wenn der Schalter 231 geschlossen ist, ob das nachgewiesene Schwebungssignal ausreichend ist, um ein Alarm auslösendes Signal zu erzeugen.

Es wird bemerkt, daß die Transistoren 20S und 216 so lange in einem getriggerten Zustand verbleiben, wie die nachgewiesene Doppit- Sehwebungsfrequenz eine hinreichende G-.öße aufweist, um den Kondensator 207 auf einer Sollwertspannung, die notwendig ist, um den Transistor 209 zu triggern, geladen zu halten. Wenn andererseits die Transistoren 209 und 216 einmal zurückgestellt sind, fällt die Ladung an dem Kondensator 207 auf ein Niveau unterhalb dieses Sollwertes ab. Weiterhin ist das Ausgangssignal des Filterverstärkertransistors 183 begrenzt durch den Widerstand 201. Der Widerstand 201 verursacht eine niedrigere Gleichspannungsversorgungsspannung, die über dem Transistor 183 anliegt, um seinen Aussteuerungsbereich, jedoch nicht seine Empfindlichkeit zu verringern. Da die Ladungsgeschwindigkeit des Kondensators 207 eine Funktion der Ausgangsamplitude des durch den Transistor 183 erzeugten, verstärkten Signals ist und die Amplitude dieses Ausgangssignals begrenzt, sind folglich schwache Schwebungsfrequenzsignale, die von entfernten bewegten Objekten empfangen werden, in der Lage, den Kondensator 207 im wesentlichen genau so schnell aufzuladen wie Schwebungsfrequenzsignaie sehr hoher Größe, die von näherliegenden sich bewegenden Objekten verursacht worden sind. Daher ist die Ansprechzeit der Selektionseinheit 89 zum Erzeugen eines ein Alarm auslösendes Signal im wesentlichen unbeeinflußt durch die extrem hohe Stärke der Doppler-Frequenzverschiebungs-Echosignale, die durch nahegelegene sich bewegende Objekte hervorgerufen werden. Wie in Fig. 1 dargestellt, versorgt das durch die Selektionseinheit 89 erzeugte, ein Alarm auslösende Signal die Spule des Relais 217 mit Strom, um einen Magnetschalter 241 von seiner stromlosen Lage in eine Alarm auslösende Lage zu bewegen, wobei die Alarmeinnchtung 91 mit Strom versorgt wird, was eine herkömmliche Art des Alarmauslösens darstellt.

Zusammengefaßt arbeitet die als Beispiel beschriebene Alarmanlage zur Sicherung gegen Eindringlinge, um die Bewegung eines Eindringlings in ein zu schützendes Gebiet 10 nachzuweisen, indem sie einen Schall bei einer vorgegebenen Referenzfrequenz innerhalb des ausgewählten Gebietes 10 erzeugt und Echosignale der erzeugten Schallwellen von Objekten innerhalb des Gebietes 10 nachweist. Die Echosignale werden durch eine Vielzahl von elektrisch abgeschirmten Meßverstärkern erfaßt, die Schallfühler 81 und Verstärker 83 enthalten und elektrische Stromsignale erzeugen, die den empfangenen Echosignalen entsprechen. Die elektrischen Stromsignale werden über ein abgeschirmtes Kabel 85 und eine Transformatoranordnung in einer Summierschaltung 87 summiert, wobei die Transformatüranordnung zum Ausfiltern elektrischer Gleichtakt-Rauschsignale dient, die gleichermaßen auf beiden signaltragenden Leitern des Kabels 85 induziert werden. Die Summierschaltung 87 verstärkt die summierten elektrischen Signale, die die Echosignale von dem Gebiet 10 darstellen und überträgt das summierte Ausgangssignal zur Selektionseinheit 89.

In der Selektionseinheit 89 wird die Hüllkurve des summierten Ausgangssignals erfaßt, um dadurch das Schwebungssignal, das die Doppler-Schwebungsfrequenz ist und die Bewegung eines Objekts oder Eindringlings in das Gebiet 10 darstellt, zu erfassen. Die Selektionseinheit 89 filtert, integriert und verstärkt dieses Schwebungssignal, so daß ein aiarmauslösendes Signal erzeugt wird, immer wenn ein Schwebungssignal mit einer Frequenzcharakteristik für einen Eindringling durch die Selektionseinheit 89 nachgewiesen wird. Das alarmauslösende Signal, das immer dann erzeugt wird, wenn das erfaßte Schwebungssignal wenigstens eine Minimumgröße besitzt und eine hinreichende Zeitdauer anhält, versorgt ein Relais 2i7 mit Energie, wobei eine Alarmeinrichtung 91 zur Anzdge der Anwesenheit eines Eindringlings in das Gebiet i0 in Gang gesetzt wird.

Die beschriebene Alarmanlage zur Sicherung gegen Eindringlinge hat den Vorteil, daß sie mittels der einzelnen entfernt angeordneten Verst? -^er 83, die zum Verstärken der erfaßten Echosignale vor einem Aufstimmieren dieser Echosignale auf dem Verbindungskabel 85 dient das Signal-Rausch-Verhältnis vergrößert Diese fernab durchgeführte Verstärkung besitzt den Vorteil der Verstärkung der elektrischen Signale, die die erfaßten Echosignale darstellen, in einem isolierten Aufnahmegehäuse, wobei das Einstreu-

cn elektrischen Rauschens auf einem Minimum gehalten wird. Auf diese Weise besitzen die elektrischen Signale die auf dem Kabel 85 aufsumniiert werden, eine höhere Stärke und sind weniger anfällig gegen das Einstreuen elektrischen Rauschens, was auftreten kann und auf die signaltragenden Leiter des Kabels 85 induziert werden kann. Weiterhin dienen der Transformator und die Summierschaltung 87 zum eliminieren eines großen Teils des eingestreuten elektrischen Rauschens durch Gleichtaktunterdrückung, da das eingestreute elektri- |₀ sehe Rauschen weitgehend in jedem der signaltragenden Leiter in gleicher Weise induziert wird. Verschiedene Typen des Filterns und Abschirmens werden in der Anlage vorgesehen, sowohl durch Ausbildung der Gehäuse als auch durch Abschirmung der verbindenden Kabel, um den größten Teil von anderen elektrischen Signalen oder verschiedenen Frequenzen, die in dem Gebiet 10 anwesend sein können oder die als Beispiel

beschriebene Alarmarlage zur Sicherung gegen Eindringlinge stören können, zu dämpfen. Da die Summierschaltung 87 zum Abschließen des Kabels 85 mit einer extrem geringen Impedanz dient, ist die Wirkung von Streukapazität in dem Kabel 85 minimal, weil der als Shunt geschaltete kapazitive Blindwiderstand des Kabels 85 viel größer als die Abschlußimpedanz, die durch die Summierschaltung 87 entsteht, ist. Das als Beispiel beschriebene Detektorgerät für bewegte Objekte besitzt ebenfalls den Vorteil, relativ unempfindlich für die Höhe der empfangenen Doppier-Frequenzechosignale zu sein und wird nicht durch die Anwesenheit von ständig vorhandenen Echosignalen großer Höhe, die durch die Anwesenheit von harten Wänden oder nahegelegenen Objekten in dem zu schützenden Gebiet 10 erzeugt werden können, in die Sättigung gefahren.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Alarmanlage, bestehend aus einem Schallerzeuger zur Erzeugung von Schallwellen in ein zu schützendes Gebiet mit wenigstens einem Schall- ■'■ fühler zur Erfassung von Schallwellen, die von stationären und sich bewegenden Objekten in dem zu schützenden Gebiet erzeugt werden und abhängig davon elektrische Signale liefern, mit einer Verstärkungsanordnung zur Verstärkung der elek- ι ο trischen Signale, mit einer Selektionseinheit zum Selektieren einer Komponente aus den elektrischen Signalen, welche eine Frequenz hat, die gleich der Frequenz der Differenz zwischen denjenigen Schallwellen ist, die von den stationären und sich ibewegenden Objekten reflektiert werden, wobei das Vorliegen dieser Komponente anzeigt, daß sich ein Eindringling in dem zu schützenden Gebiet befindet, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, räumlich verteilte Schallfühler (81) sowie eine 2» Summierschaltung (87) zum Summieren der verstärkten elektrischen Signale und zur Zuführung der resultierenden Summe zu der Selektionseinheit (89) vorgesehen sind.

2. Alarmanlage nach Anspruch 1, dadurch 2^r> gekennzeichnet, daß die Verstärkungsanordnung eine Vielzahl von räumlich verteilten Verstärkern (83) aufweist, wobei jeweils ein Verstärker für einen Schallfühler (81) vorgesehen ist, und daß jeder Verstärker zur Verstärkung des Ausgangssignals des Jt> zugeordneten Schallfühlers vor dem Anlegen des Ausgangssignals an die Summierschaltung (87) vorgesehen ist.

3. Alarmanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektionseinheit (89) eine '5 Integrierschaltung (183 bis 187) zur Integration der kombinierten Komponenten der summierten Signale und eine Schwellwertschaltung (204, 205, 207 bis 216) zur Auslösung eines Alarms bei Überschreiten eines vorbestimmten Pegels durch den Ausgang der ^o integrierschaltung (183 bis 187) aufweist.

4. Alarmanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrierschaltung (183 bis 187) einen flachen Frequenzgang zwischen 0 bis etwa 50 Hz hat und elektrische Signale über 50 Hz « dämpft, und daß die Schwellwertschaltung (204,205, 207 bis 216) ein Relais (217) zur Auslösung eines Alarmes aufweist.

5. Alarmanlage nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierschaltung (87) ein abgeschirmtes Kabel (85) und eine Einrichtung (119 bis 133) zur elektrischen Kopplung des abgeschirmten Kabels mit der Seleklionseinheit (89) enthält, daß das abgeschirmte Kabel (85) erste und zweite signalführende Leiter (101,103) aufweist, daß die Einrichtung (119 bis 133) das Kabel (35) mit niedriger Impedanz abschließt, daß jeder Verstärker (83) erste und zweite Ausgänge aufweist, wobei jeder Verstärker als Stromgenerator vorgesehen ist, daß der erste und zweite Ausgang jedes Verstärkers (83) mit dem ersten bzw. zweiten Leiter (101,103) des Kabels (85) verbunden ist, und daß das mit niedriger Impedanz abgeschlossene Kabel (85) eine Last mit niedriger Impedanz für die Verstärker (83) bildet.

6. Alarmanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (119 bis 133) eine Schaltung (Primärspulen des Transformators

119) zur Beseitigung von Signalen gleicher Amplitude und gleicher Phase aufweist, die gleichzeitig in dem ersten und zweiten Leiter (101,103) auftreten.

7. Alarmanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Beseitigung ran Signalen gleicher Amplitude und Phase einen Transformator (19) aufweist

8. Alarmanlage nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schallfühler (81) und der dem Schallfühler zugeordnete Verstärker (83) in einer metallischen Abschirmung (93) angeordnet sind und daß die Gleichstromenergie über den Ausgang der Verstärker (83) zuführbar ist