DE2256926B2 - Raumüberwachungseinrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine mit kurzwelligen elektromagnetischen oder akkustischen Strahlungsfeldern
und nach dem Reflexionsprinzip arbeitende Raumüberwachungseinrichtung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs t, mit welcher die mechanische Ruhe in Räumen überwacht werden kann und durch die b5
beispielsweise beim Eindringen von unbefugten Personen in diesen Raum ein Alarm ausgelöst wird.
richtungen bekannt, die ähnlich wie Lichtschranken mit einem direkten Strahlungsfeld zwischen einem Sender
und einem örtlich davon getrennt aufgestellten Empfänger arbeiten. Bei ihnen ist zwar eine relativ einfache
Pegelüberwachung möglich, indem beispielsweise über einen zusätzlichen Pegelaufall-Melder das Unterschreiten
eines vorbestimmten Mindestpegels der Eingangsempfangsspannung überwacht wird, sie sind jedoch im
Aufbau relativ kompliziert und kostspielig.
In dieser Beziehung sind zwar die nach dem Reflexionsprinzip arbeitenden Raumüberwachungseinrichtungen
vorteilhafter, die in einem Gerät Sender und Empfänger vereinigt haben und bei denen der
Empfänger eine direkt an die Empfangsantenne angeschaltete Mischstufe aufweist, deren Uberlagemngsspannung
unmittelbar aus dem Sender ausgekoppelt wird. Solche Einrichtungen sind bei Anwendung für
Geschwindigkeitsmessung auch als Doppler-Radar bekannt Mit diesen bekannten nach dem Reflexionsprinzip arbeitenden Raumüberwachungseinrichtungen
können jedoch nicht auf einfache Weise ausgewählte Überwachungsstrecken aufgebaut werden und bei ihnen
ist auch keine einfache Betriebsüberwachung möglich. Der Langzeit-Mittelwext der Ausgangsspannung der
Empfängermischstufe ist hierbei nämlich im wesentlichen nur eine Funktion der direkt vom Sender
eingespeisten Überlagerungsspannung, so daß davon kein Kriterium für den Grundpegel der von Reflexionen
herrührenden Empfangsspannungen gewonnen werden kann. Die Betriebsbereitschaft solcher nach dem
Reflexionsprinzip arbeitender Raumüberwachungseinrichtungen konnte bisher nur dadurch geprüft werden,
daß ein im Strahlungsfeld angebrachter Reflektor mechanisch bewegt wird, z. B. ein Ventilator durch eine
Bedienungsperson kurzzeitig eingeschaltet und dann geprüft wird, ob der Alarm-Melder eine Meldung
abgibt. Diese Prüfung kann nicht automatisch ablaufen und es muß erst ein Zeitpunkt völliger mechanischer
Ruhe im Raum abgewartet werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine nach dem Reflexionsprinzip arbeitende Raumüberwachungseinrichtung
zu schaffen, bei der eine automatische Funktionsüberwachung möglich ist und mit der
außerdem auf einfache Weise Überwachungsstrecken nach Art von Lichtschranken aufgebaut werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Raumüberwachungseinrichtung nach dem Hauptanspruch
gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Raumüberwachungseinrichtung ergeben
sich aus den Umteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Der in seinem Reflexionsfaktor modulierte Reflektor verursacht eine periodische Schwankung in Betrag
und/oder Phase der Empfangsspannung, die wegen ihrer definierten Frequenz durch den frequenzselektiven
Melder von den übrigen statistischen Schwankungen getrennt und damir, fehlerfrei ausgewertet werden
kann. Da diese definierte Schwankung nur entstehen kann, wenn sich in deir Strecke Sender—Reflektor-Empfänger
keine Ausibreitungshindemisse befinden, kann ihr Vorhandensein als Kriterium für die Betriebsbereitschaft der Gesamteinrichtung ausgenutzt werden.
Der Melder kann damit auf einfache Weise als Pegelausfall-Melder verwendet werden, der beim
Ausbleiben der periodischen Schwankung eine Störungsmeldung abgibt. Die Modulationsfrequenz wird
hierbei vorzugsweise in einem Frequenzbereich gewählt, der oberhalb der Für den eigentlichen Alarin-Mel-
der interessanten Schwankungsfrequenzen liegt, so daß
diese Überwachung auch in der Zeit eingeschaltet bleiben kann, in der nomale Arbeitsbewegungen im
Raum stattfinden und der Alarm-Melder außer Betrieb gesetzt sein muß. s
Der eigentliche, auf statistische Schwankungen ansprechende Alarm-Melder kanu, bei dieser Verwendungsart
der Einrichtung in bekannter Weise an den Ausgang der Empfänger-Mischstufe angeschaltet seia
In diesem Fall stimmen die Erfassungsbereiche für die Alarmrciklung (Meldung von Schwankungen) und für
die Pegelausfallmeldung nicht Qberein, da letzterer Bereich im wesentlichen nur die Strecke Sender—Reflektor—Empfänger
umfaßt In manchen Fällen kann es jedoch vorteilhaft sein, auch den Erfassungsbereich für
die Alarmmeldung im wesentlichen nur auf diese Strecke zu beschränken. Bei den bekannten Einrichtungen
sind hierzu Antennen mit höherer Richtwirkung erforderlich. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
kann diese höhere Richtwirkung auch uadurch erreicht werden, daß der Schwankungsauswertende Alarm-Melder
nicht direkt an den Ausgang der Empfänger-Eingangsstufe angeschlossen wird, sondern an den Ausgang
des Gleichrichters, der seinerseits mit der Ausgangsspannung des frequenzselektiven Verstärkers beaufschlagt
wird. Dabei dient der Langzeit-Mittelwert der Ausgangsspannung des Gleichrichters zur Bestimmung
des Schalt- oder Melde-Zustands des Pegela usfall-Melders,
während der Schwankungsanteil dieser Ausgangsspannung vom Alarm-Melder ausgewertet wird. Die
Erfassungsbereiche von Alarm-Meldung und Pe<*elausfall-Meldung
stimmen dann überein und beschränken sich im wesentlichen auf den der Strecke vom Gerät
zum modulierten Reflektor benachbarten Raum.
Das Vorhandensein oder NichtVorhandensein des Empfangspegels mit den periodischen Schwankungen,
hervorgerufen durch die Reflektormodulation kann auch unmittelbar als Kriterium für die Alarmmeldung
ausgenutzt werden. In diesem Fall können Sender und Empfänger örtlich voneinander getrennt aufgestellt
werden und der Empfänger ist beispielsweise ein einfacher Geradeaus- oder Überlagerungsempfänger
mit nachgeschaltetem frequenzselektivem Alarm-Melder. Der Gesamtaufbau wird hierdurch sehr vereinfacht
und eine solche Einrichtung eignet sich besonders gut zum Aufbau billiger Überwachungsstrecken, die ähnlich
wie Lichtschranken eingesetzt werden. Es sind auch Anwendungsfälle denkbar, bei denen ein und derselbe
frequenzselektive Melder als Alarm- unü Pegelausfall-Melder eingesetzt ist. Auch hierbei können Sender und
Empfänger wieder örtlich getrennt voneinander aufgestellt werden. Tagsüber kann eine solche Einrichtung
zur Betriebsüberwachung dienen, nachts nach entsprechender Umschaltung des Melders als Raumüberwachung.
In allen geschilderten Anwendungsfällen können auch mehrere auf unterschiedliche Modulationsfrequenzen
abgestimmte Reflektoren mit zugeordneten unterschiedlich frequenzselektiven Empfangskanälen vorgesehen
sein. Letztere Maßnahme ist besonders dann von Vorteil, wenn sie mit einem einzigen Sender kombiniert
wird und so auf einfache Weise mehrere Strecken in einem Raum überwacht werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
F i g. 1 zeigt eine nach dem sogenannten Doppler-Radar-Prinzip
arbeitende Raumüberwachungseinrichtung
mit einem Hochfrequenz-Sender 1, der über eine Antenne 2 elektromagnetische Wellen in den zu
fiberwachenden Raum abstrahlt Räumlich unmittelbar neben dem Sender 1 ist ein Empfänger 3 aufgestellt, der
über seine Empfangsantenne Λ einen Teil der von den Gegenständen in dem zu fiberwachenden Raum
reflektierten Strahlungsenergie aufnimmt und seiner Mischstufe S zuführt Über einen direkten Übertragungsweg
6 wird der Mischstufe 5 ein Anteil der Senderenergie als Überlagerungsspannung zugeführt
Diese direkt zugeführte Spannung ist in der Regel wesentlich höher als die in der Antenne 4 von der
reflektierten Strahlung induzierte Empfangsspannung. Daher ist die statische Ausgangsspannung der Mischstufe
S kein Kriterium für den Pegel dieser Empfangsspannung. Nur wenn sich ein Gegenstand in dem zu
überwachenden Raum bewegt, ändert der Vektor der von der Antenne 4 an die Mischstufe 5 abgegebenen
Spannung seinen Betrag und/oder seinen Phasenwinkel gegenüber der über die Verbindung 6 unmittelbar
zugeführten Spannung des Senders f und nur dann gibt die Mischstufe eine der statischen Ausgangsspannung
überlagerte Wechselspannung ab. Die Frequenz dieser überlagerten Wechselspannung ist eine Funktion der
Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des bewegten Gegenstands. Diese Ausgangswechselspannung der
Mischstufe 5 wird in einem Verstärker 7 verstärkt dessen Durchlaßbereich auf die für Bewegungen von
Gegenständen in dem zu überwachenden Raum charakteristischen Frequenzen begrenzt ist. Das Ausgangssignal
dieses Verstärkers 7 wird in einem Alarm-Melder 8 ausgewertet Wenn der Verstärker 7
keine Wechselspannung abgibt ist beispielsweise ein Kontakt 9 eines nicht näher dargestellten Alarmkreises
geschlossen. Wenn infolge der Bewegung eines Gegenstandes im Raum am Ausgang des Verstärkers 7
eine Wechselspannung entsteht wird in dem Alarm-Melder 8 der Kontakt 9 geöffnet und damit ein Alarm
ausgelöst.
In dem zu überwachenden Raum ist an einer ausgewählten Stelle ein zusätzlicher Reflektor 10
angebracht, der einen Teil der von der Senderantenne 2 abgestrahlten Energie zur Empfangsantenne 4 reflektiert.
Dieser Reflektor 10 ändert periodisch seinen Reflexionsfaktor nach Betrag und/oder Phase, und zwar
mit einer durch einen Generator U bestimmten Frequenz f. Zweckmäßigerweise erfolgt diese Änderung
des Reflexionsfaktors des Reflektors 10 auf elektronischem Wege durch entsprechende elektronische Bauelemente,
die über den Generator 11 angesteuert sind. Im einfachsten Falle besteht dieser Reflektor 10 aus
einer Antenne 12, mit der ein Zweipol 13 verbunden ist dessen Wirkwiderstand und/oder Blindwiderstand von
der Ausgangsspannung des Generators 11 gesteuert wird. Ein solcher steuerbarer Zweipol kann z. B. eine
Diode sein, die über entsprechende Frequenzweichen sowohl mit der Antenne 12 als auch mit dem Generator
U verbunden ist In den Augenblicken, in denen der Widerstand des Zweipols 13 an den Antennenwiderstand
angepaßt ist verbraucht der Zweipol fast die gesamte Empfangsleistung und die Antenne kann nur
wenig reflektieren. Bei Fehlanpassung strahlt die Antenne die empfangene Leistung entsprechend ihrer
Richtwirkung wieder ab.
Der Strahlungsanteil, der über den Weg Sendeantenne 2 — Reflektor 10 — Empfangsantenne 4 zum
Empfänger gelangt, induziert in der Empfangsantenne 4 eine Empfangsspannung, deren Vektor in Betrag
und/oder Phase mit der Frequenz /moduliert ist. In der
Ausgangsspannung der Mischstufe 5 ist daher ein kleiner Anteil einer Spannung der Frequenz /enthalten.
Diese Modulationsfrequenz / ist so gewählt, daß sie nicht im Durchlaßbereich des Verstärkers 7 liegt,
wodurch verhindert wird, daß am Eingang des Alarm-Melders 8 eine Spannung mit der Frequenz /
auftritt.
Zusätzlich zu dem Alarm-Melder ist an die Mischstufe S des Empfängers 3 noch ein Pegelausfall-Melder 14
angeschaltet, und zwar über einen selektiven Verstärker 15, der nur die Mischstufen-Ausgangsspannung mit der
Frequenz / verstärkt und einen Gleichrichter 16. Der zusätzliche Melder 14 ist beispielsweise so ausgebildei,
daß sein in einem Überwachungskreis liegender Schäiier 17 geschlossen ist, solange durch den
Empfänger ein Signal der Frequenz /mit ausreichendem Pegel empfangen wird. Wenn der Übertragungsweg
von der Antenne 2 über den Reflektor 10 zur Empfangsantenne 4 unterbrochen wird, entsteht am
Ausgang des Gleichrichters 16 keine ausreichende Gleichspannung, wodurch der Melder 14 durch öffnen
des Kontakts 17 die fehlerhafte Betriebsweise anzeigt.
Da der auf Bewegungen ansprechende Alarm-Melder 8 während der Betriebszeiten im überwachten Raum
laufend Meldungen abgibt, darf die Zentrale der Gesamtanlage diese Meldungen im unscharf geschalteten
Zustand nicht weiterverarbeiten. Die vom Pegelausfall-Melder 14 gelieferten Meldungen hingegen können
auch während dieser Zeit optisch und/oder akustisch angezeigt werden, so daß die Bedienungsperson die
Ursache der Störung sofort ermitteln bzw. beseitigen kann. In Räumen, in denen stark abschirmende
Gegenstände (z. B. Gabelstapler) bewegt werden, muß die Störungsanzeige natürlich mit einer entsprechenden
Integrationszeit behaftet sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist auch der Schwankungsauswertende Alarm-Melder 8 über den
selektiven Verstärker 7 an den Ausgang des Gleichrichters 16 angeschlossen. Dabei dient der Langzeit-Mittelwert der Ausgangsspannung des Gleichrichters 16 zur
Bestimmung des Zustands des Pegelausfall-Melders 14, während der Schwankungsanteil dieser Ausgangsspannung
vom Alarm-Melder 8 ausgewertet wird. Der Alarm-Melder wird bei dieser Anordnung nur von
Schwankungen der Ausbreitungsbedingungen des Strahlungsfeldes im Raum der Strecke vom Gerät zum
modulierten Reflektor iO beeinfluß!.
Nach Fig.2 sind außerdem mehrere Reflektoren 10,
10' usw. mit voneinander abweichenden Modulationsfrequenzen f, P usw. vorgesehen. Der Empfänger 3
enthält mehrere Pegelausfall-Melder 14, 14' usw., die über mehrere selektive Verstärker 15, 15' usw. an die
gemeinsame Mischstufe 5 angeschlossen sind. Jeder dieser Verstärker ist auf eine der Modulationsfrequenzen
/, /'usw. abgestimmt. Jeder der Gleichrichter 16,16'
usw. liefert daher eine Ausgangsspannung, deren Merkmale (Langzeit-Mittelwert und Schwankungsanteil)
von den Ausbreitungsverhältnissen im Raum der Strecke vom Gerät zum korrespondierenden modulierten
Reflektor bestimmt ist. Durch geeignete räumliche Anordnung der Reflektoren 10,10' usw. können somit
von einem Sendeempfangsgerät aus mehrere Strecken im Raum überwacht werden.
Claims (6)
1. Nach dem Reflexionsprinzip arbeitende Raumüberwachungseinrichtung
mit einem Sender zum Erzeugen eines Strahlungsfeldes in dem zu überwachenden
Raum sowie einem Empfänger mit einem auf die durch Störungen des Strahlungsfeldes
verursachten Empfangspegelschwankungen ansprechenden Alarm-Melder, dadurch gekennzeichnet,
daß im Strahlungsfeld mindestens ein in seinem Reflexionsfaktor periodisch modulierter
Reflektor (10,10') und im Empfänger (3) ein nur auf die Modulationsfrequenz (f, /^ des Reflexionsfaktors
ansprechender Melder (14,15,16; 14', 15', 16'; 7,8;
7', 8') vorgesehen ist
2. Raumüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlungsfeld
mehrere mit unterschiedlichen Frequenzen (f, F) periodisch im Reflexionsfaktor modulierte Reflektoren
und im Empfänger entsprechend mehrere auf diese unterschiedlichen Modulationsfrequenzen abgestimmte
Melder vorgesehen sind.
3. Raumüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
frequenzselektive Melder als Pegelausfall-Melder (14, 15, 16; 14', 15', 16') nur auf Langzeit-Empfangspegelschwankungen
anspricht.
4. Raumüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
frequenzselektive Melder als Alarm-Melder (7,8; 7', 8') auf die durch Störungen des Strahlungsfeldes
verursachten Empfangspegelschwankungen anspricht
5. Raumüberwachungseinrichtung nach Anspruch
3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger-Eingangsstufe (5) ein auf die Modulationsfrequenz
(f) des Reflexionsfaktors des Reflektors (10) abgestimmter selektiver Verstärker (15) mit nachfolgendem
Gleichrichter (16) nachgcschaltet ist und der Gleichspannungsanteil der Ausgangsspannung dieses
Gleichrichters (16) den Schaltzustand des Pegelausfall-Melders (14) bestimmt, während der
überlagerte Schwankungsanteil der Ausgangsspannung dieses Gleichrichters (16), hervorgerufen durch
Änderungen im zu überwachenden Raum, als Kriterium für die Auslösung des Alarm-Melders (8)
dient
6. Raumüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
in seinem Reflexionsfaktor periodisch modulierte so Reflektor (10) aus einer Antenne (12) gebildet istt, mit
der ein nichtlinearer Zweipol (13), insbesondere eine Diode, verbunden ist, dessen Impedanz durch eine
von einem Generator (11) gelieferte Wechselspannung periodisch moduliert wird.
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