DE2346311A1 - Verfahren und vorrichtung zum einstellen der empfindlichkeit eines nachweissystems fuer eindringlinge in einer raumsicherung - Google Patents

Description

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WALTER KIDDE & COMPANY, INC., Belleville, New Jersey, VStA

Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen der Empfindlichkeit eines Nachweissystems für Eindringlinge in einer Raumsicherung

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen der Empfindlichkeit eines Nachweissystems für Eindinglinge in einer Raumsicherung, bei der Ultraschall verwendet wird und die durch Empfang von Energie arbeitet, welche von einem sich bewegenden Objekt empfänger, wird, und sie betrifft insbesondere ein Verfahren und t !.ne Vorrichtung zum Abgleichen oder Einstellen eines derartigen Systems,

Bei Ultraschallnachweissystemen ist gewöhnlich in dem Raum, der geschützt werden soll, ein Ultrasehallseiider vorhanden, der Energie einer vorgegebenen Frequenz sendet, Diese Ernergie liegt üblicherweise im Bereich von etwa 19 kKz bis etwa U3 kHz, obgleich auch andere Frequenzen verwendet werden können. Die Ultraschallenergie wird von den Wänden und anderen

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Objekten in dem Raum reflektiert, was zu einer Verteilung von stehenden Wellen führt, die durch einen als Empfänger ausgebildeten Wandler oder Schallempfänger empfangen werden. Die empfangene Energie wird einer geeigneten elektronischen Schaltung zugeführt und analysiert. Wenn in dem zu sichernden Raum keine Bewegung vorgenommen wird, ist die Frequenz der empfangenen Energie die gleiche wie die Frequenz der gesendeten Energie, die als Grundfrequenz f bezeichnet wird. Wenn sich jedoch ein sich bewegendes Objekt in dem Raum befindet, erhalten die reflektierten oder auf andere Weise durch das Objekt beeinflußten Wellen eine Frequenz» die von der gesendeten Grundfrequenz verschieden ist, und die Frequenzdifferenz ist gewöhnlich auf einen Doppler-Effekt zurückzuführen und wird daher als Doppler-Frequenz bezeichnet. Es ist eine Schaltung vorgesehen, die das Vorhandensein oder das Fehlen einer Doppler-Frequenz nachweist und die einen Alarm betätigt, sobald geeignete Doppler-Frequenzen nachgewiesen werden.

Die Empfindlichkeit des oben beschriebenen Ultraschallsystems ist äußerst hoch, und zwar so hoch, daß eines der vordringlichsten Probleme, die bei der Auslegung eines kommerziell verwendbaren Nachweissystems für Eindringlinge auftreten, die Verringerung der Empfindlichkeit des Systems ist, so daß kein Falschalarm auftritt. Zahlreiche Faktoren führen zu derartigem Falschalarm, von denen einige relativ leicht zu beseitigen sind. Da z.B. die Amplitude des Doppler-Signals zum Teil von der Größe oder Gestalt des sich bewegenden reflektierenden Objektes abhängig ist, kann die Verstärkung des Systems durch eine empfindlichkeitsregelnde Steuerung eingestellt werden, um auf die Bewegung eines Menschen, jedoch nicht auf eines zu kleinen Objektes,wie z.B. einer Maus, anzusprechen.

Es können auch andere Faktoren zur Erzeugung eines unerwünschten Alarms führen. So ändert sich z.B. die Wellenlänge der Ultraschallwellen, wenn diese von einem Medium mit einer Dichte,

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wie z.B. kalter Luft, zu einem Medium mit einer anderen Dichte,

wie z.B. warmer Luft, gelangen, und wenn die Grenz fläche

zwischen den Medien ungleicher Dichte nicht stationär ist, werden verschiedene Frequenzen erzeugt. Dies ist eine sehr allgemeine Erscheinung und kann von einem Luftzug herrühren, der durch ein offenes Fenster, einen die Luft umwälzenden Ventilator oder eine Klimaanlage hervorgerufen wird. Ebenfalls können externe Schockwellen, die ihren Ursprung außerhalb des zu sichernden Bereiches haben, künstlich Energie in das System hineintragen, die eine von der Grundfrequenz verschiedene Frequenz besitzt, was zur Erzeugung einer Doppler-Frequenz führt, die ausreichend ist, um den Alarm auszulösen.

Die Schwierigkeiten, die beim Einstellen der Empfindlichkeit der als Empfänger ausgebildeten Wandler oder Schallempfänger in einem einzigen Raum auftreten, treffen alle zusammen, wenn es eine Vielzahl von derartigen Schallempfängern in einer Anzahl verschiedener Räume gibt. Unter diesen Umständen wird es notwendig, das gesamte System "abzugleichen", so daß kein einziger derartiger Schallempfänger zu empfindlich ist.

In den Vergangenheit wurden verschiedene Verfahren für den Versuch verwendet, die gesamte Empfindlichkeit eines Ultraschallnachweissystems gegen Eindringlinge so abzugleichen, daß keine Falschalarme aufgrund zu kleiner sich bewegender Objekte, wie z.B. Mäuse, oder Schwankungen in den Luftströmungen innerhalb des zu schützenden Raumes den Alarm auslösen. Das üblichste dieser Verfahren war, in dem zu sichernden Raum die wirklichen Bedingungen, unter denen das System arbeiten sollte, zu simulieren und dann jemand durch diesen Bereich hindurchlaufen zu lassen. Die Empfindlichkeit des Systems wird üblicherweise so eingestellt, daß sie der Amplitude des durch einen "normal großen" Menschen erzeugten Doppler-Signals entspricht. Das System enthält gewöhnlich eine Schaltung, die so eingestellt ist, daß eine gewisse Anzahl von

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Schritten des Eindringlings erforderlich ist , um den Alarm zu triggern. Dies wurde bewerkstelligt durch Verwendung einer integrierenden Schaltung an dem Ausgang der Doppler-Frequenznachweisschaltungen. Ein derartiges System verhindert z.B. daß sowohl ein kleines Tier als auch ein großes fallendes Objekt innerhalb des zu sichernden Raumes den Alarm auslöst.

Die Hauptschwierigkeit bei einer derartigen "Durchlauf"-Ab gleichmethode ist, daß der zu sichernde Bereich unter simulierten Bedingungen stehen muß. Dazu ist erforderlich, daß sich keine Leute oder andere sich bewegende Gegenstände in dem zu sichernden Bereichen während des Ab-gleichens befinden. Für eine Schule, Fabrik oder ein Warenhaus bringt das größere Unannehmlichkeiten und Ausgaben mit sich, wenn derartige Bedingungen simuliert werden.

Ein weiterer Nachteil der Verwendung simulierter Bedingungen beim Ab~gleich ist der, daß der Test wirklich die Verwendung eines sich bewegenden Subjektes, vielleicht eines Wachmanns, erfordert. Die Größe und die Art des Gehens dieser Testperson variiert von Person zu Person und sogar bei dergleichen Person von Tag zu Tag. Wenn eine große Person durch den zu sichernden Raum geht, führt das zu einem Signal an dem Empfänger, welches von dem verschieden ist, das durch eine kleinere Person verursacht würde. Derartige Variable verringern notwendigerweise die Wirksamkeit des Systems und führen zu häufigerem Auftreten von Fehlalarm oder zu einem nicht richtig arbeitenden System.

Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Abgleichverfahren ist der, daß diese gewöhnlich mehr als eine Person zum Abgleich des Systems erfordern, da eine Person die Hauptsteuerung einstellt, während die andere Person durch den zu sichernden Raum schreitet. Ein Sprechfunkgerät (walkie-talkie) oder irgendein anderes Kommunikationsmittel ist erforderlich, um Information von der Hauptsteuereinheit zu der Person in dem zu sichernden

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Raum und zurück zu übertragen. Daher können menschliche Fehler durch Mißverständnis zwischen den zwei Personen auftreten und zu versehentlichen Fehlern führen, die später zu einem falschen Alarm führen oder sogar dazu, daß das System nicht arbeitet.

Es wurde gefunden, daß bei Ultraschallnachweissystemen die als Empfänger ausgebildeten Wandler oder Schallempfänger in akustisch absorbierenden Räumen wegen der verringerten Energie, die sie erhalten, so eingestellt werden müssen, daß sie empfindlicher sind. Desgleichen muss bei Schallempfängern, die in der Nähe von Räumen mit hochreflektierenden Wänden angeordnet sind, die Empfindlichkeit gedämpft werden. Die akustische Eigenschaft eines Raumes wird als Akustik oder relative Lebendigkeit oder Unruhe ("relative liveliness") bezeichnet. Diese relative Unruhe eines Raumes ist der Energiedichte der sich fortpflanzenden Welle in der Nachbarschaft des Schallempfängers in diesem Raum direkt proportional. Daher führt ein Ab-gleichen der Energiedichte der sich fortpflanzenden Welle zu einem Ausgleichen der Akustik oder Unruhe des Systems.

Durch die Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen und Abgleichen eines Nachweissystems der Art, bei dem der Doppler-Effekt angewendet wird, geschaffen. Es ist wenigstens ein als Sender ausgebildeter elektroakustischer Wandler oder kurz Sender vorgesehen, der in dem zu sichernden Raum ein Energiespektrum abstrahlt, das die Frequenzen enthält, die in den Nachweisschaltungen Signale erzeugen, welche im wesentlichen die gesamte Bandbreite der für die Triggerung der Alarmschaltung verwendeten Doppler-Frequenzen überdecken. Dadurch wird in dem zu sichernden Raum eine mittlere Energiedichte der stehenden Wellen geschaffen, die proportional zu der gesamten Energiedichte der sich ausbreitenden Wellen an dem Empfänger ist. Durch das Senden über ein

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derartig weites Spektrum von Frequenzen während der Ausgleichsarbeiten ist das System im wesentlichen unabhängig von einer Bewegung innerhalb des zu sichernden Raumes. Irgendeine auftretende Bewegung führt nur zu einer zusätzlichen Energiekomponente, die eine Frequenz umfaßt, die bereits in dem Raum vorhanden ist, und hat daher einen geringen zusätzlichen Einfluß.

Die Empfindlichkeit jedes als Empfänger ausgebildeten elektroakustischen Wandlers ist entweder von der Hauptsteuereinheit oder direkt am Wandler oder Schallempfänger einstellbar. Der Schallempfänger wird von seinem Anschluß entfernt und eine Testeinheit wird eingeschoben, die die elektronische Schaltung zum Messen der mittleren Energie der stehenden Welle und zur Anzeige des proportionalen Wertes auf einem in ihm eingebauten Signalmeßgerät enthält. Die Testeinheit für den Schallempfänger wird mit Anschlußstiften eingepaßt, die denen des ursprünglichen Schallempfängers entsprechen. Der Schallempfänger wird dann mit der Testeinheit verbunden, und zwar vorzugsweise ebenfalls durch geeignete Anschlußstifte, damit eine sichere Passung entsteht. Der Schallempfänger ist nun so vorbereitet, daß er abgeglichen werden kann.

Wenn in dem ganzen System nur ein Schallempfänger verwendet werden sollte, kann die Empfindlichkeit dieses elektroakustischen Wandlers direkt an der Hauptsteuereinheit oder an der Stelle des Schallempfängers auf ein vorherbestimmtes Abgleichniveau eingestellt werden, das an dem Signalmeßgerät des Testempfängers angezeigt ist.

Als eine allgemeine Regel enthält jeder als Empfänger ausgebildeter elektroakustischer Wandler oder Schallempfänger eine Empfindlichkeitseinstellung; wenn mehr als ein Schallempfänger verwendet wird, wird die Empfindlichkeit jedes dieser Schallempfänger auf das vorherbestimmte, an dem Signalmeßgerät der

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Empfängertesteinheit angezeigte Niveau einzeln eingestellt, obgleich es möglich ist, daß die Empfindlichkeit der einzelnen Schallempfänger an der Hauptsteuereinheit entfernt von dem zu sichernden Raum eingestellt wird.

Die Möglichkeit zum Abgleich des ganzen Systems von einem entfernten Ort aus ist ein bemerkenswerter Vorteil gegenüber bekannten Systemen, die eine Testperson oder ein Testsubjekt in dem zu sichernden Raum erforderten. Ein derartiges System ist insbesondere aufgrund der Umstände dann wertvoll, wenn die Schallempfänger in Räumen angeordnet werden, die für Personal gefährlich sind, wie z.B. bakteriologische Laboratorien oder Einrichtungen der Atomenergie. In diesem System bilden der Testsender und die Empfänger einen bleibenden Teil des Nachweissystems.

Wenn während des Abgleichens gefunden wird, daß irgendein Schallempfänger nicht empfindlich genug ist (was sich durch die Unmöglichkeit, ihn so einzustellen, daß das Signalmeßgerät des Testempfängers den richtigen Wert anzeigt, bemerkbar macht), muß die Empfindlichkeit des gesamten Systems an der Hauptsteuereinheit erhöht werden.

Nachdem jeder einzelne Schallempfänger abgeglichen ist, wird die Testeinheit entfernt und der Schallempfänger wird wieder an seinen ursprünglichen Anschluß angeschlossen. Auf diese Weise wird das gesamte System abgeglichen. Der als Sender ausgebildete elektroakustische Wandler oder Sender würde nun eingestellt werden, um Energie auf der Grundfrequenz f während der Sicherungszeit zu senden.

Zu keiner Zeit sind mehr als eine Person erforderlich, um das System abzugleichen. Weiterhin ist es nicht notwendig, irgendwelche künstlichen Bedingungen zu simulieren. Da weiterhin die gleichen als Empfänger ausgebildeten elektroakustischen Wandler

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in der Abgleichphase verwendet werden, wie sie wirklich während der Sicherungszeit eingesetzt werden und da sie auch an den gleichen Stellen verwendet werden, ist das System äußerst genau abgeglichen.

Die Schallempfänger selbst besitzen beispielsweise eine Empfindlichkeitssteuerung, die im allgemeinen in Form eines einstellbaren Potentiometers vorliegt. Typische elektroakustische Wandler werden von Walter Kidde und Company, Inc., unter den Modellnummern TR-9O, RC-91 verkauft, bei denen Verbindungsstecker mit Anschlußstiften verwendet werden, um leichte und sichere Installation zu gewährleisten.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen zu sichernden Raum mit der Anordnung der Sender und als Empfänger ausgebildeten elektroakustischen Wandler oder Schallempfänger;

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild, das die Bauteile des Testsenders darstellt;

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild der Bauteile des Testempfängers, der mit dem Schallempfänger verbunden ist;

Fig. 4A und B Schaltungen der Testsendereinheit, die in Fig. 2 in Blockform dargestellt ist, und

Fig. 5 eine Schaltung dei/Te st empfänger, die in Fig. 3 in Blockform dargestellt ist.

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In Fig. 1 ist ein zu sichernder Raum 1 während seiner Sicherungszeit dargestellt zusammen mit den als Sender ausgebildeten elektroakustischen Wandlern 2 und 3» die Ultraschallenergie auf der Grundfrequenz f . die durch eine (nicht dar-

gestellte) Hauptsteuereinheit erzeugt wird, abstrahlen. Diese HauptSteuereinheit kann in dem gleichen Raum oder an einer entfernten Stelle angeordnet sein, und sie besitzt einen geeigneten Oszillator. Der Raum enthält ebenfalls die als Empfänger ausgebildeten elektroakustischen Wandler oder Schallempfänger 4 und 5, die so geschaltet sind, daß sie Signale zu der Hauptsteuereinheit zurückführen. Die abgestrahlte Frequenz f„ liegt im allgemeinen in dem Ultraschallbereich, z.B. im Bereich von etwa 19 kHz bis etwa 45 kHz, obgleich andere Frequenzen auch verwendet werden können. Jeder der Schallempfänger besitzt eine ihm zugeordnete Empfindlichkeit seinstellung, die im allgemeinen die Form eines einstellbaren Potentiometers 6 aufweist, wie es am Empfänger 5 dargestellt ist.

In Fig. 1 sind direkte Wege für die Energiestrahlung von den Sendern 2 und 3 zu dem Schallempfänger 4 mit A und B eingezeichnet. Reflektierte Wege für die Energie sind mit C und D bezeichnet. Von dem Schallempfänger 5 wird in einer ähnlichen Weise Energie erhalten. Vorausgesetzt, daß sich keine sich bewegenden Objekte in dem zu sichernden Raum befinden, ist die Frequenz, die direkt und indirekt von dem Schallempfänger 4 empfangen wird, die gleiche (f_), und es wird keine Doppler-Frequenz in der Hauptsteuereinheit zum Nachweis erzeugt. Jedoch ist die Amplitude und die Phase jedes Weges der gesendeten Energie verschieden, wodurch sich in dem zu sichernden Raum ein Gesamtkomplex von stehenden Wellen ausbildet. Jedoch sind die sich aufgrund von Reflexion oder gesendeter Energie ausbildenden stehenden Wellen nicht proportional zu der Energie der sich ausbreitenden Wellen in dem zu sichernden Raum. Es ist jedoch möglich, durch Senden von

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Energie über ein weites Spektrum eine stehende Welle zu erhalten, deren Energie proportional zu der Energie der sich fortpflanzenden Wellen ist und die zum Abgleich des Systems verwendet werden kann.

Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Testsenders zur Verwendung mit einem Testempfänger, und der Testsender kann ein Spektrum von Ultraschallenergie mit im wesentlichem gleichmäßiger Amplitude erzeugen, wobei die Frequenzen um die Grundfrequenz £ als Mittelfrequenz, liegen und

sich über wenigstens die zweifache Bandbreite der Doppier-Frequenzbandbreite des Hauptsteuerempfängers erstrecken, also f ■ + f
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Der Testsender enthält einen Sägezahn-Spannungsgenerator 7, einen Hauptoszillator 8 und einen Leistungsverstärker 9. Der Ausgang des Test senders ist mit den herkömmlichen als Sender ausgebildeten elektroakustischen Wandlern T verbunden, die sich entweder in dem zu. sichernden Raum oder an einer zentralen Stelle befinden.

Der Sägezahngenerator ist vorzugsweise eine linear ablenkende Schaltung, die eine im wesentlichen lineare Sägezahnspannung als Ausgangssignal V„ erzeugt. Die elektrische Schaltung des Generators ist ebenfalls mit einem Schalter 11 versehen, um als Generator in einer zweiten Mode arbeiten zu können. In der zweiten Mode ist eine konstante Spannungsversorgung für den Oszillator vorgesehen, so daß der Testsender bei der Grundfrequenz f„ während der Sicherungszeit des Arbeitens des Systems betrieben wird.

Der Ausgang V_c des Spannungsgenerators 7 dient als Eingang für den Oszillator 8. Der Oszillator ist frequenz-spannungsempfindlich und besitzt eine momentane Frequenzabweichung, die proportional zu seiner Eingangsspannung ist. Wenn der

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Spannungsgenerator einen konstanten Spannungsmittelpunkt zwischen dem maximalen und dem minimalen Spannungswert des Sägezahns liefert, ist der Oszillator so kalibriert, daß er ein Ausgangssignal der Frequenz f liefert.

Das Ausgangssignal von dem Oszillator wird dann durch einen herkömmlichen Leistungsverstärker 9 verstärkt, damit genügend Leistung vorhanden ist, um die erforderliche Anzahl von als Sender ausgebildeten elektroakustischen Wandlern T in dem System zu betreiben.

Der Betrieb des Testsenders wird unten näher in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben.

Der Sägezahngenerator 7 enthält einen komplementären Unijunctionstransistor Q1, dessen Basis B1 mit B+ und dessen Basis B2 mit Erde verbunden ist. Sein Emitter ist mit dem Verbindungspunkt des Widerstands R1 mit dem Kondensator C1 verbunden, die beide ein RC-Glied bilden. Beim Beginn jedes Sägezahnanstiegs ist die Spannung über dem Kondensator C1 niedrig (angenähert gleich Vd des Transistors Q1) und beginnt aufgrund des durch R1 fließenden Ladestroms anzusteigen. Wenn die Spannung über dem Kondensator C1 anwächst, nimmt das Potential an der Basis des Transistors Q2, der ebenfalls mit dem Verbindungspunkt des Widerstands R1 mit dem Kondensator C1 verbunden ist, ab. Da der Transistor Q2 in Kollektor-Grundschaltung betrieben wird, erscheint die Abnahme des Potentials an der Basis des Transistors Q2 an dessen Emitter und wird daher an den positiven Anschluß des Kondensators C2 geführt. Daher wird der negative Anschluß des Kondensators C2 ebenfalls negativ und zieht den negativen Anschluß des Widerstands R1 mit (bootstrapping). Das führt zu einer relativ konstanten Spannung über dem Widerstand R1, wodurch ein nahezu konstanter Stromfluß durch den Widerstand R2 erzeugt wird, der wiederum seinerseits zu einer nahezu konstanten

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Geschwindigkeit der Spannungsänderung über dem Kondensator C1 führt. Auf diese Weise wird ein nahezu linearer Potentialabfall an der negativen Seite des Kondensators C1 bewirkt.

Dieser Mechanismus setzt sich fort, bis der Zündpunkt des Transistors Q1 erreicht ist, zu dem Transistor Q1 die Entladung des Kondensators C1 zündet. Während der Entladung wird die Diode D1, die zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q2 liegt, vorgespannt, wie das auch bei der Diode D2 der Fall ist, die zwischen dem negativen Anschluß des Kondensators C2 und Erde liegt, wodurch eine Serienschaltung gebildet wird zum Wiederaufladen des Kondensators C2 mit der Ladung, die er während des Mitziehens (bootstrapping) verloren hat. Da die Kapazität des Kondesators C2 sehr viel größer als die Kapazität des Kondensators C1 ist, ist die Abweichung von der wirklichen Linearität klein, da die anteilige Abweichung proportional zu C1/(C1 + C2) ist. Dieser Zyklus wiederholt sich.

Zur gleichen Zeit, wenn die Spannung am Kondensator C1 abnimmt, folgt die Basis des Transistors Q3, die mit der negativen Seite des Kondensators C1 verbunden ist, der Spannungsabnahme, und dadurch fließt ein Strom durch den Widerstand R3 und das Potentiometer R2, das über den Emitteranschluß des Transistors Q3 mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden ist, wodurch ein linearer Spannungsanstieg über dem Potentiometer erzeugt wird.

Die Ausgangsspannung des Sägezahnspannungsgenerators wird dann über den Kondensator C3 kapazitiv an den Oszillatorteil 8 des Testsenders angekoppelt.

Wenn der Widerstandswert des Potentiometers R2 auf Null gestellt ist, fließt ein konstanter Strom von dem Kollektor des Transistors Qk, der den Kondensator C4 lädt. Der Wert des

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Stromes wird durch einen Spannungsteiler eingestellt, der durch den Widerstand R4 gebildet wird, der über die Diode D3 mit dem positiven Pol der Spannungsquelle und über den Widerstand R5 mit Erde verbunden ist.

Wenn der Wert der Spannung über dem Kondensator C4 die Zündspannung des programmierbaren Unijunctionstransistors (PUT) Q5 erreicht, dessen Anode mit dem Kollektor des Transistors Q4 verbunden ist und dessen Kathode über den Widerstand R8 geerdet ist, zündet PUT Q5 und der Kondensator C4 wird schnell über PUT Q5 zu der Basis des Transistors Q7 entladen, wodurch ein Impuls erzeugt wird. Diese Impulse werden wiederholt erzeugt und folgen in gleichen Abständen aufeinander■»■

Wenn der Wert des Widerstands an dem Potentiometer R2 anwächst, geht die Sägezahnspannung auf den oberen Wert der Gleichspannung der Spannungsquelle an dem Eingang von Q4. Wenn der Wert der Sägezahnspannung bei R2 über der Gleichspannung liegt, wächst der Strom durch den Transistor Q4 und führt zu einem schnelleren Laden des Kondensators C4 und zu einem dementsprechend schnelleren Zünden von PUT Q5, d.h. die Impulse werden an der Basis des Transistors Q7 mit höherer Geschwindigkeit erzeugt (daher fließt ein schnellerer Strom). Wenn der Wert der Sägezahnspannung unter der Gleichspannung liegt, nimmt der Strom durch den Transistor Q4 ab, was zu einem langsameren Laden des Kondensators C4 und dementsprechenden Erzeugen von Impulsen mit geringerer Geschwindigkeit an der Basis des Transistors Q7 führt.

Durch Verändern der Amplitude der an Q4 angelegten Ablenkungskurve (durch Verändern der Einstellung des Potentiometers R2) ist es möglich, den Bereich der Frequenzen der erzeugten Impulse zu regulieren. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Bereich ausreichend, um wenigstens das gesamte Frequenzspektrum der Hauptsteuer-Doppler-Frequenzschaltung zu überdecken.

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Das Potentiometer R6, das mit dem positiven Pol der Spannungsversorgung und über den Widerstand R7 mit dem Emitter des Transistors Q4 verbunden ist, dient zur Steuerung des mittleren Stromes, der durch die Basis des Transistors Q4 und zu dem Kondensator C4 fließt, wodurch die Mittelfrequenz der Impulse an der Basis des Transistors Q7 reguliert wird.

Die Diode D3 und der Transistor Q6 kompensieren die Temperaturschwankungen, die die Basis-Emitter-Junctionen des Transistors Q4 und die Gate-Anode-Junctionsspannung von PUT Q5 beeinflussen. Der Transistor Q6 dient auch sowohl zum Einstellen des Zündpunktes an dem Gate von PUT Q5 als auch zum Darstellen einer niedrigen Impedanz am Gate von PUT Q5» wodurch der Zahlstrom erhöht wird und dadurch ein schnelles Ausschalten bewirkt wird.

Die an der Basis des Transistors Q7 erzeugten positiven Impulse erzeugen entsprechende negativ werdende Impulse an dem Kollektor von Transistor Q7> der mit dem positiven Pol der Spannungsversorgung über den Widerstand R13 und mit dem Eingangsanschluß D eines Flipflop 1 verbunden ist. Die Ausgangsspannung des Flipflop ist eine Spannung mit konstanter Amplitude. Jeder Eingangsimpuls von Q7 schaltet das Flipflop und verursacht einen Zustandswechsel desselben. Daher führt der Impulszug an dem Eingang des Flipflop zu einem rechteckförmigen Wellenzug, dessen Breiten der Frequenz der Eingangsimpulse entsprechen. Daraus folgt, da die Impulsausgangsrate von PUT Q5 als eine Funktion der Sägezahnspannung von Generator 7 wechselt, daß sich die Impulserzeugungsrate des Flipflop 1 entsprechend ändert.

Die Zenerdiode D4 und der Kondensator C5 werden als ein Mittel zur Spannungsregelung verwendet, um eine gleichförmige Spannungsversorgung für das Flipflop 1 zu gewährleisten, die unabhängig von der Spannungsversorgung B+ ist.

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Die rechteckförmige Ausgangswelle von dem Flipflop wird einem herkömmlichen Leistungsverstärker 9 zugeführt, der einen Funktionsverstärker AMP1 mit einem Rückkopplungskondensator C7 und einem Rückkopplungswiderstand R17 enthält, so daß der Funktionsverstärker als ein Filter wirkt, das die Hochfrequenzkomponenten der Rechteckwelle beschränkt. Der entstehende Frequenzgang besteht aus abgerundeten Rechteckwellen.

Der Verstärker 9 enthält ferner Transistoren Q8, Q9» Q10 und Q11, die als ein doppel-quasikomplementärer Verstärker geschaltet sind, der das aus abgerundeten Rechteckwellen bestehende Ausgangssignal des Funktionsverstärkers AMP1 verstärkt. Die Widerstände R21 bis 24 schützen die Transistoren Q8 bis Q11 des Verstärkerkreises vor möglicher Beschädigung durch Kurzschluß, während die Kondensatoren C8 und C9 als Filter gegen unerwünschte Frequenzen dient, die dem Sender zugeführt werden.

Die Ausgangsspannung der Schaltung von Fig. 4 an den als Sender ausgebildeten elektroakustischen Wandler T ist nun eine Welle von im wesentlichen gleicher Amplitude und mit einer variierenden oder durch Ablenkung entstandenen (swept) Frequenz. Dieses elektrische Signal wird dann durch den als Sender ausgebildeten elektroakustischen Wandler T in ein akustisches Signal umgewandelt, was in den zu sichernden Raum abgestrahlt wird.

Während in der bevorzugten Ausführungsform des Testsenders die abgestrahlte Schallenergie eine im wesentlichen gleichförmige und gutgeformte Amplitude besitzt, ist es auch möglich, daß in weitem Maße Abwandlungen in der Amplitude der abgestrahlten Energie vorgenommen werden können und noch zufriedenstellend sind und auch nicht die Fähigkeit der Erfindung sauber zu arbeiten beeinträchtigen.

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In Fig. 3 ist ein Testempfänger 13 zur Verwendung mit einem Schallempfänger oder als Empfänger ausgebildeten elektroakustischen Wandler R mit einer Empfindlichkeitseinstellung 6 dargestellt, der einen Eingangstransformator 15, einen Ultraschallfrequenzverstärker 16, einen Amplitudendemodulator 17, ein Filter 18, eine Antriebsschaltung für den Betrieb eines Meßwerks und ein Meßwerk 20 enthält. Der Schallempfänger R muß mit dem Eingang des Testempfängers 13 verbunden werden, welcher nicht mit dem Schaltkreis der Hauptsteuereinheit verbunden ist.

Der Betrieb des Testempfängers wird unten in Verbindung mit Fig. 5 näher erläutert.

Der Schallempfänger R wandelt die Ultraschallenergie, die von dem Sender abgestrahlt wird und in dem zu sichernden Raum vorhanden ist, in ein elektrisches Signal um, das proportional zu der momentanen Schalldruckenergie ist.

Das elektrische Signal von dem Schallempfänger R wird dem Eingangstransformator 15 zugeführt, bei dem der Widerstand R25 und der Kondensator C10 in Parallelschaltung über der Sekundärwicklung 21 liegt. Der Transformator liefert eine niedrige Impedanz für den Schallempfänger, um die niedrige Eingangsimpedanz des Eingangs vom HauptSteuerempfänger zu simulieren. Das ist notwendig, damit jedes Ausgangssignal vom Schallempfänger unabhängig von den vielen anderen Schallempfängern ist, die parallel an dem Eingang des Hauptsteuerempfängers angeordnet sind.

Das elektrische Signal wird dann im Ultraschallfrequenzverstärker 16 auf ein Ausgangssignal verstärkt, das zur Steuerung des Amplitudendemodulators geeignet ist. Der Ultraschallfrequenzverstärker arbeitet in der üblichen Weise und enthält vier Transistoren Q12 bis Q15_f bei denen die Emitter der Transistoren Q12 und Q13 mit dem Kollektor des Transistors Q15

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über Reihenwiderstände R26 und R29 und mit dem Kollektor des Transistors Q14 über Reihenwiderstände R26 und R28 verbunden sind. Ein Rückkopplungskreis, der aus dem Kondensator C12 parallel zu dem Widerstand R31 besteht, verbindet den Kollektor des Transistors Q15 mit der Basis des Transistors Q13.

Das Ausgangssignal von dem Ultraschallfrequenzverstärker wird dann durch den Amplitudendemodulator 17 gleichgerichtet, der zwei Funktionsverstärker AMP2 und AMP3 enthält, von denen jeder einen entsprechenden Rückkopplungskreis enthält, der aus einer Diode D5 parallel zu einer Serienschaltung mit einer Diode D7 und einem Widerstand R33 besteht. Die Diode D5 ist entgegengesetzt zu D7 gepolt. Der nicht invertierte Eingangsanschluß von AMP2 ist über den Widerstand R35 geerdet wie auch der invertierte Eingangsanschluß von AMP3 über R36. Die Rückkopplungsdioden D5 und D7 stellen sicher, daß nur die geeignet vorgespannten Signale hindurchgehen können, was zu einem über die ganze Welle gleichgerichteten Signal führt. Das verstärkte Signal wird über C13 dem invertierten Eingang von AMP2 und dem nicht invertierten Eingang von AMP3 zugeführt, so daß Gleichrichtung der gesamten Welle eintritt.

Das völlig gleichgerichtete Signal wird dann durch das Filter 18 gefiltert, das einen Funktionsverstärker AMP4 mit einem Rückkopplungskreis enthält. Dieser Rückkopplungskreis enthält einen Widerstand R38, der parallel zu einem Kondensator C14 geschaltet ist. Der nichtinvertierte Eingangsanschluß ist über den Widerstand R39 geerdet. Das Filter wandelt das demodulierte elektrische Signal in eine Gleichspannung um, die proportional zu der Quadratwurzel des angelegten Signals ist, welches die mittlere Schallenergiedichte, die an den Schallempfänger gelangt, ist.

Auf dem Meßwerk 20 ist z.B. durch eine rote Linie auf seiner Skala ein Wert angegeben. Dieser Wert ist vorherbestimmt worden und zeigt an, wann der Schallempfänger auf die abgegliche-

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ne Stellung der Empfindlichkeit eingestellt ist.

Beim Betrieb des Abgleichsystems wird der Testsender 14 in Betrieb gesetzt, um zu bewirken, daß die als Sender ausgebildeten elektroakustischen Wandler oder kurz Sender T ein Energiespektrum erzeugen, das über wenigstens die Bandbreite der Frequenzen der Doppler-Signalnachweisschaltung der Hauptsteuereinheit reicht. Es ist jedoch möglich, Energie mit einem Spektrum von Frequenzen zu erzeugen, das größer als die Bandbreite der Doppler-Signalschaltung ist, ohne daß die Fähigkeit des vorliegenden Systems zum Abgleich beeinträchtigt wird. Irgendeine Frequenz, die außerhalb der Bandbreite der Doppler-Signalschaltung liegt, kann durch geeignete Schaltungen in einer herkömmlichen und bekannten Weise herausgefiltert werden.

Je größer die Anzahl der verschiedenen abgestrahlten Frequenzen innerhalb der Bandbreite der Doppler-Signalschaltung ist, desto größer ist die Genauigkeit des Abgleichsystems, da die Genauigkeit des Systems den mathematischen Gesetzen der Verteilung von Ereignissen gehorcht.

Es können viele andere Verfahren zur Erzeugung von Schallwellen mit einem dichtliegenden Frequenzspektrum verwendet werden, und die in Fig. 3 gezeigte und in Einzelheiten in den Figuren 4A und 4B dargestellte Schaltung, bei der Winkelmodulation verwendet wird, ist nur eine Ausführungsform. Z.B. kann Amplitudenmodulation, bei der "gefiltertes "weißes Rauschen" als modulierendes Signal verwendet wird, oder Amplitudenmodulation, bei der ein Mehrfachfrequenzmodulationssignal verwendet wird, verwendet werden. Weitere derartige Verfahren sind dem Fachmann bekannt.

Das Abstrahlen derartiger Schallenergie führt zu einer mittleren Energiedichte der stehenden Wellen, die proportional zu der gesamten Energiedichte der sich fortpflanzenden Wellen an dem Schallempfänger ist. Das ist so, weil einige der Frequenzen

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geringe Amplituden der stehenden Wellen an einem bestimmten Schallempfänger haben, wohingegen andere Frequenzen dazu neigen, große Amplituden der stehenden Welle an dem gleichen Schallempfänger auszubilden, wodurch eine gewisse Mittelung über die gesamten stehenden Wellen auftritt.

Das abgestrahlte Signal wird von dem Schallempfänger, d.h. dem als Empfänger ausgebildeten elektroakustischen Wandler R empfangen, der zu der Testeinheit 13 gehört. Das empfangene Signal wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und auf dem Anzeigemeßgerät 20 angezeigt. Auf dem Anzeigemeßgerät befindet sich ein markierter Wert, der die gewünschte vorher einzustellende Empfindlichkeit des Schallempfängers anzeigt. Die Empfindlichkeitseinstellung 6 des Schallempfängers R wird dann betätigt, bis das empfangene und von dem Meßgerät 20 angezeigte elektrische Signal dem markierten Wert gleicht. Der Testempfänger 13, der in den Anschluß des ursprünglichen Schallempfängers vorzugsweise durch Anschlußstifte eingeschoben worden ist, kann nun entfernt werden und der Schallempfänger R wieder eingesetzt werden. Diese Einstellung wird dann an jedem einzelnen der anderen Schallempfänger vorgenommen, um das gesamte System abzugleichen.

Durch eine geeignete elektrische Schaltung ist es möglich, den Testempfänger an seiner Stelle in dem Anschluß zu belassen, so daß das System von einer entfernten Stelle völlig abgeglichen werden kann, ohne daß es notwendig ist, irgendwelche Bauteile zu bewegen.

In einer typischen Ausführungsform der Erfindung emittiert das Ultraschallnachweissystem eine Grundfrequenz von 19200 Hz im Betrieb. Während der Abgleichzeit des Systems sendet der Testsender Ultraschallfrequenzen von üblicherweise gleicher Amplitude, die näherungsweise 5 Hz voneinander entfernt sind, über eine Bandbreite von 4000 Hz, wobei 2000 Hz auf jeder Seite der Grundfrequenz liegen. Je größer die Anzahl dieser inner- ·

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halb des Bandes f_c ± f^ abgestrahlten Frequenzen ist, desto
höher ist die Genauigkeit der Systemabgleichung.'

Da im vorstehenden nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erdingung beschrieben worden ist, ergeben sich für den Fachmann noch viele Abwandlungen und Modifikationen dieser Ausführungsform, die den Gegenstand der Erfindung treffen. Derartige
Abänderungen sollen ebenfalls unter den Gegenstand der Erfindung fallen.

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Claims (18)

1. Patentansprüche

   Λ .J Vorrichtung zum Einstellen der Empfindlichkeit eines Nachweissystems für Eindringlinge in einer Raumsicherung, bei der das Nachweissystem einen Empfänger enthält, der auf einen Bereich von Doppler-Frequenzen anspricht und einen Alarm erzeugt, wenn ein Eindringling in den zu sichernden Raum eindringt,

   dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Sender (T) zum Abstrahlen eines Schallenergiespektrums mit verschiedenen Frequenzen enthält, einschließlich der Frequenzen, die an dem Empfänger (R) mindestens einen wesentlichen Teil des Bereichs der Doppler-Frequenzen erzeugen wurden, daß■sie ferner wenigstens einen als Empfänger ausgebildeten elektroakustischen Wandler (Schallempfänger R) in diesem Raum zum Empfang der von dem Sender abgestrahlten Energie und zum Erzeugen eines dementsprechenden Ausgangssignals und eine Einstellvorrichtung (6) zum Einstellen der" Amplitude dieses von dem als Empfänger ausgebildeten Wandler (Schallempfänger R) erzeugten Ausgangssignals enthält.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfrequenz im Betrieb des Nachweissystems für Eindringlinge f_ ist und daß der Sender (T) ein EnergieSpektrum im Bereich f + f, in den zu sichernden Raum (1) abstrahlt, um den Doppler-Frequenzbereich in dem Empfänger (R) zu erzeugen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (T) Wellen von im wesentlichen gleicher Amplitude über das gesamte Spektrum abstrahlt.

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4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichn et , daß der Sender (T) einen Oszillator (8) und eine Vorrichtung (Fig. 4A und B) zur Veränderung der Frequenz der durch diesen Oszillator (8) erzeugten Energie enthält.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung zur Veränderung der Frequenz der von dem Oszillator (8) erzeugten Energie eine Rauschsignalquelle oder ein Rauschgenerator ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (T) ebenfalls eine Vorrichtung enthält, mittels derer nur die Grundfrequenz f„ für den Betrieb des Systems gesendet wird.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zu sichernden Raum (1) mehrere als Empfänger ausgebildete elektroakustische Wandler (Schallempfänger R; 4, 5) angeordnet sind.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dad u r ch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (6) für die Amplitude des Ausgangssignals an dem als Empfänger ausgebildeten elektroakustischen Wandler (Schallempfänger R) angeordnet ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7_t dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (6) für die Amplitude des Ausgangssignals an dem Empfänger angeordnet ist.

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10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Einstellvorrichtung (6) für die Amplitude des Ausgangssignals ebenfalls einen Testempfänger (13) enthält, der von den Schallempfängern (4, 5) des Systems, die zur Verwendung in dem zu sichernden Raum (1) dienen, getrennt angeordnet ist.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß dieser Testempfänger (13) so ausgelegt ist, daß er an einen in dem zu sichernden Raum (1) angeordneten als Empfänger ausgebildeten elektroakustischen Wandler (Schallempfänger R), dessen Empfindlichkeit eingestellt werden soll, angeschlossen werden kann.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Testempfänger (13) eine Anzeigevorrichtung (19, 20) zur Wiedergabe einer Anzeige der Amplitude der Energie enthält, die von dem als Empfänger ausgebildeten elektroakustischen Wandler (Schallempfänger R), dessen Empfindlichkeit eingestellt werden soll, empfangen wird.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß diese Anzeigevorrichtung (19, 20) ein Meßwerk (20) enthält.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der als Empfänger ausgebildete elektroakustische Wandler (Schallempfänger R) eine Testeinheit enthält, die an einer vorherbestimmten Stelle in dem zu sichernden Raum (1) angeordnet ist, mit der ein solcher als Empfänger ausgebildeter elektroakustischer Wandler (Schallempfänger R) abnehmbar verbunden

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    ist und daß der Testempfänger (13) Einrichtungen enthält, die mit der Testeinheit verbunden werden können, wobei der als Empfänger ausgebildete elektroakustisch Wandler (Schallempfänger R) mit dem Testempfänger (13) verbunden ist.
15. 15. Verfahren zum Einstellen der Empfindlichkeit eines Nachweissystems für Eindringlinge in einer Raumsicherung, bei der das Nachweissystem einen Empfänger enthält, der auf einen Bereich von Doppler-Frequenzen anspricht und einen Alarm erzeugt, wenn ein Eindringling in den zu sichernden Raum eindringt,

    dadurch gekennzeichnet, daß in den zu sichernden Raum ein Schallenergiespektrum von Frequenzen abgestrahlt wird, einschließlich der Frequenzen, die an dem Empfänger mindestens einen wesentlichen Teil des Bereichs der Doppler-Frequenzen erzeugen wurden, daß diese abgestrahlte Schallenergie an wenigstens einem als Empfänger ausgebildeten elektroakustischen Wandler oder Schallempfänger in dem zu sichernden Raum empfangen wird und daß diese empfangene Energie in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt wird, das dem Empfänger des Systems zugeführt wird, und daß ferner die Amplitude dieses elektrischen Ausgangssignals eingestellt wird.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15_f
    dadurch geke nnzeichnet, daß der Empfänger des Systems auf einer Grundfrequenz f arbeitet und die Bandbreite der Frequenzen der abgestrahlten Schallenergie in dem Bereich f + f^ liegt, um den Doppier-Frequenzbereich in dem Empfänger zu erzeugen.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Empfindlichkeitsregelung eines als Empfänger ausgebildeten elektroakustischen Wandlers oder Schallempfängers durch Regelung der Amplitude des elektrischen Ausgangssignals durchgeführt wird. 4 0 9 8 14/0409
18. 18. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des elektrischen Ausgangssignals an dem Empfänger des Systems eingestellt wird.

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