DE2403052C3

DE2403052C3 - Location-independent IR pulse monitoring device with alarm signaling

Info

Publication number: DE2403052C3
Application number: DE19742403052
Authority: DE
Inventors: Ernst-A.; Lührte Jürgen von; Richter Alexander Dr.-Ing.; Schumacher Erwin; 2800 Bremen Kilian
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Filing date: 1974-01-23
Publication date: 1977-10-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Überwachungsgerät, bei dem mittels Veränderungen der Strahlungsverhältnisse zwischen einem gepulsten IR-Sender mit gerichteter Strahlung und einem mit einer vom Sender abgeleiteten Referenzspannung arbeitenden Empfänger, die eine bauliche Einheit bilden, Alarmsignale ausgelöst werden.The invention relates to a monitoring device in which by means of changes in the radiation conditions between a pulsed IR transmitter with directional radiation and one with one from the transmitter derived reference voltage working receiver, which form a structural unit, alarm signals to be triggered.

Durch die niederländische Offenlegungsschrift 71 02 674 (DT-OS 21 09 859) ist ein Überwachungsgerät der eingangs genannten Art bekanntgeworden, das mit einem Phasenvergleich der nach Reflexion empfangenen Strahlung mit der Referenzspannung arbeitet. Hierzu brauchen die Amplitudenverhältnisse nur ausreichend zu sein, um die Frequenzen der Spannungen zu ermitteln. Auf der anderen Seite ruft jede Frequenzstrahlung, die stärker als die reflektierte Strahlung ist, einen Alarm hervor. Um die Wirkungen der gerätebedingten Phasendifferenzen auszuschalten, die ebenfalls Alarm verursachen wurden, sind beim Bekannten außerdem Logikstufen vorgesehen. Diese können jedoch nicht verhindern, daß im überwachten Raum auch Phasenbedingungen auftreten können, die keinen Alarm auslösen, obgleich sich die Reflexionsverhältnisse, für die das Gerät eingestellt ist, ändern bzw. geändert werden.The Dutch patent application 71 02 674 (DT-OS 21 09 859) is a monitoring device of the type mentioned became known, with a phase comparison of the received after reflection Radiation works with the reference voltage. The amplitude ratios only need to do this to be sufficient to determine the frequencies of the voltages. On the other hand, everyone is calling Frequency radiation that is stronger than the reflected radiation generates an alarm. About the effects of the device-related phase differences, which also caused the alarm, are to be switched off at Known also provided logic levels. However, this cannot prevent im monitored Phase conditions can also occur in the room that do not trigger an alarm, although the reflection conditions, for which the device is set up or changed.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein installations- und ortsunabhängiges Überwachungsgerät zu schaffen, das in einfacher Weise den verschiedenen Überwachungsvorgängen, wie z. B. bei Diebstahl- und Einbruchssicherungen, oder Alarmierungen weitestgehend störungssicher angepaßt werden kann.The object of the invention is to create an installation and location-independent monitoring device that in a simple manner the various monitoring processes, such as. B. for anti-theft and burglar alarms, or alarms can be adapted as far as possible in a fail-safe manner.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Empfänger in seiner Ausgangsamplitude einstellbar ist und die Empfängerausgangssignalimpulsspannung mit der vom Sender abgeleiteten einstellbaren Referenzsignalspannung in einem mit der Pulsfrequenz des Senders getakteten Amplitudenkomparator derart verglichen wird, daß erst bei Änderung der bei der Empfängereinstellung gegebenen Reflexionsverhältnisse aus der Komparatordifferenz ein Alarmsignal abgeleitet wird.This object is achieved in that the receiver can be adjusted in its output amplitude and the receiver output signal pulse voltage with the adjustable reference signal voltage derived from the transmitter so compared in an amplitude comparator clocked with the pulse frequency of the transmitter becomes that only when changing the given reflection conditions in the receiver setting from the Comparator difference an alarm signal is derived.

Abgesehen von den kleinen geometrischen Abmessungen und dem niedrigen Gewicht besteht der Vorteil des Überwachungsgerätes darin, daß die Empfindlichkeit sehr genau eingestellt und angepaßt werden kann und die hohe Betriebssicherheit und Störungssicherheii verbunden mit sehr kleinen Falschalarmraten erhalten bleiben. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß mehrere Überwachungsgeräte unabhängig voneinander z. B. ir großen Räumen oder bei extremem Sicherheitsbedürfnis ohne gegenseitige Beeinflussung betrieben werdet können, da die Wahrscheinlichkeit sehr gering ist, daO die Geräte mit oxakt gleicher Pulsfolgefrequenz unc zudem noch gleicher Phase arbeiten.Apart from the small geometric dimensions and the low weight, there is the advantage of the monitoring device in that the sensitivity can be set and adapted very precisely and maintain the high operational safety and security against interference combined with very low false alarm rates remain. Another advantage is that several monitoring devices are independent of each other, for. B. ir in large rooms or when there is an extreme need for security without mutual interference since the probability is very low that the devices with oxakt the same pulse repetition frequency unc also work in the same phase.

Infolge der hohen Selektivität und der hoher Leistungsfähigkeit ist das Gerät unabhängig vor speziellen Eigenschaften von Reflexionsflächen. Zurr Beispiel können auch einzelne Schranktüren od. dgl gesondert überwacht werden.As a result of the high selectivity and the high performance, the device is independent special properties of reflective surfaces. For example, individual cabinet doors or the like can also be used are monitored separately.

Die Zeichnung stellt ein Ausfüh ungsbeispiel dar. Es zeigtThe drawing represents an Ausfüh ungsbeispiel. It indicates

F i g. 1 ein Blockschallbild,F i g. 1 a block diagram,

F i g. 2a, 2b schematische Geräteansichten,F i g. 2a, 2b schematic device views,

F i g. 3 eine Schaltungsanordnung des Senders, F i g. 4 eine Schaltungsanordnung des Empfängers,F i g. 3 shows a circuit arrangement of the transmitter, FIG. 4 shows a circuit arrangement of the receiver,

F: g. 5 eine Schaltungsanordnung des Komparator,Q: g. 5 shows a circuit arrangement of the comparator,

Fig. 6 eine Schaltungsanordnung der Batteriekontrolle. 6 shows a circuit arrangement of the battery control.

Nach Fig. 1 besteht der Sendeteil aus einer Multivibratorstufe 1, einer Pulsformerstufe 2 und einer IR-Lichtquelle 3, z.B. eine Lumineszenz-Diode oder Laser-Diode. Mittels einer Optik 4 wird ein Strahl mit definiertem öffnungswinkel auf die reflektierende Szene 5 gerichtet. ,₅ According to FIG. 1, the transmitting part consists of a multivibrator stage 1, a pulse shaper stage 2 and an IR light source 3, for example a luminescence diode or laser diode. A beam with a defined aperture angle is directed onto the reflecting scene 5 by means of an optical system 4. , ₅

Von der IR-Lichtquelle 3 wird gleichzeitig Licht auf eine Photo-Diode 6 gegeben, so daß von dieser Diode in einer Stufe 6' eine Referenzsignalspannung abgeleitet werden kann, die einem getakteten Komparator 7 zugeführt wird, dessen anderer Eingang an einen Vorverstärker 8 im Empfängerteil für die von einer Empfangsdiode 9 mit davorliegender Optik 10 abgegebenen Spannungen angeschlossen ist. Der aas zwei vom Multivibrator 1 taktmäßig angesteuerten Differenzverstärkern bestehende Komparator 7 liefert über einen Pulsformer 11, in dem gleichzeitig Rauschanteile unterdrückt werden, eine entsprechende imoulsspannung, die einer Integratorstufe mit Auswertevorrichtung zugeführt wird, deren Wirkungsweise später beschrieben wird.From the IR light source 3 light is simultaneously given to a photo diode 6, so that from this diode in a reference signal voltage can be derived from a stage 6 ′, which a clocked comparator 7 is fed, the other input to a preamplifier 8 in the receiver part for the one Receiving diode 9 is connected with upstream optics 10 emitted voltages. The aas two from Multivibrator 1 clockwise controlled differential amplifiers existing comparator 7 supplies via a Pulse shaper 11, in which noise components are suppressed at the same time, a corresponding imouls voltage, which is fed to an integrator stage with evaluation device, the mode of operation later is described.

Hinter der Integratorstufe 12 liegt eine Haltschaltungsstufe 13, an die eine Ansteuerstufe für einen z. B. akustischen Alarmgeber 14 angeschlossen ist. Ferner ist eine Batteriekontrollstufe 16 vorgesehen, durch die z. B. ein Flackersignal oder ein Alarmsignal ausgelöst werden kann, wenn die Batterien der Stromversorgung 17 nachlassen. Die Stromversorgung kann gegebenenfalls auch über ein Netzanschlußgerät erfolgen.Behind the integrator stage 12 is a hold circuit stage 13 to which a control stage for a z. B. acoustic alarm device 14 is connected. Furthermore, a battery control stage 16 is provided through which, for. B. A flicker signal or an alarm signal can be triggered when the batteries are powering up 17 slacken. The power supply can, if necessary, also take place via a network connection device.

Zur Justage des Gerätes dient das Potentiometer 8'. Das an seinem Einsatzort aufgestellte Gerät wird so justiert, daß gerade kein Alarmsignal ausgelöst wird. Zur Kontrolle kann ein beliebiger Gegenstand in den Strahlengang gebracht werden. Dann muß das Alarmsignal ausgelöst werden.The potentiometer 8 'is used to adjust the device. The device installed at its place of use will be like this adjusts that no alarm signal is triggered at the moment. Any object can be placed in the Beam path are brought. Then the alarm signal must be triggered.

Ferner kann noch ein Schalter 52 vorgesehen sein, der durch Betätigung ein sogenanntes »Scharfmachen« des Gerätes gestattet; d. h. nach der [ustage vergehen einige Sekunden, bis das Gerät ansprechbereit ist, so daß ein das Gerät Einstellender sich ohne Alarmgabe durch den Strahlengang bewegen kann.Furthermore, a switch 52 can also be provided, which by actuating a so-called "arming" of the device; d. H. after the days it will take a few seconds until the device is ready to respond, see above that a person setting the device can move through the beam path without giving an alarm.

Zweckmäßig werden die Bedienungselemente so eingerichtet, daß sie von Unbefugten ohne Alarmauslösung nicht betätigt werden können. Ein einmal ausgelöster Alarm kann z. B. von Unbefugten nicht beeinflußt werden.The operating elements are expediently set up in such a way that they can be accessed by unauthorized persons without triggering an alarm cannot be operated. An alarm, once triggered, can e.g. B. by unauthorized persons to be influenced.

Wie aus Fig. 2a, 2b ersichtlich, sind sämtliche Bausteine des Gerätes in einem flachen Gehäuse G etwa von der Größe eines normalen Buches untergebracht. Die einzelnen Stufen sind auf einer innerhalb des Gehäuses befestigten Printplatte Pl geschaltet, während die Kammern für die Sendediode SD und die Empfängerdiode ED gut voneinander abgeschirmt und durch eine Wand W isoliert sind, auf der die Empfängerdiode 6 für die Referenzsignale angebracht ist.As can be seen from Fig. 2a, 2b, all components of the device are housed in a flat housing G approximately the size of a normal book. The individual stages are connected to a printed circuit board Pl fastened inside the housing, while the chambers for the transmitter diode SD and the receiver diode ED are well shielded from one another and isolated by a wall W on which the receiver diode 6 for the reference signals is attached.

Die z. B. aus geeigneten Kunststoffiinsen bestehenden Optiken 4 und 10 sind in der längeren Gehäuseflachseite Fl montiert, die auch das Kontrollämpc^cn KL enthalten kann. A»f der kürzeren Gehäuseflachseite F2 sind die Drucktastenschalter 51, S2 und das Einstellpotentiometer 8' angeordnet, so daß die Aufstellung des Gerätes hochkam (F2, F2') oder flach (FIl, FIi') erfolgen kann.The z. B. consisting of suitable plastic lenses optics 4 and 10 are mounted in the longer housing flat side Fl, which can also contain the control lamp KL . The push button switches 51, S2 and the setting potentiometer 8 'are arranged on the shorter flat side F2 of the housing, so that the device can be set up (F2, F2') or flat (FIl, FIi ') .

Die Kammer BK dient zur Aufnahme von Trockenbatterien, aus denen die Betriebsspannungen V des gesamten Gerätes entnommen werden. Der interne akustische Alarmgeber 14 soll einen ausreichenden Lautstärkepegel als durchdringendes Alarmsignal erzeugen. The chamber BK is used to hold dry batteries from which the operating voltages V of the entire device are taken. The internal acoustic alarm generator 14 is intended to generate a sufficient volume level as a penetrating alarm signal.

Bei de; aus Fig.⁷ ersichtlichen Schaltungsanordnung für den Sendeteil liefert ein Transistormultivibrator TMVüber Transistorstufen Ti und 72, mit denen die IR-Sendediode SU angesteuert wird, sehr kurze Impulse, so daß ein Strahl von sehr kurzen energiereichen Impulsen von unsichtbarem IR-Licht rhythmisch im Takte von z. B. 100 Hz entsteht. Von der Transistorstufe Tl werden gleichzeitig über Leitung TTaktimpuise für den Differenzverstärker des Komparaiors 7 (F i g. 5) abgenommen.Both; ⁷ apparent circuit arrangement for the transmitter part supplies a transistor multivibrator TMV via transistor stages Ti and 72, with which the IR transmitter diode SU is controlled, very short pulses, so that a beam of very short high-energy pulses of invisible IR light rhythmically in time from Z. B. 100 Hz arises. From the transistor stage T1 are simultaneously taken over line TTaktimpuise for the differential amplifier of the comparator 7 (Fig. 5).

Das Tastverhältnis der IR-Lichtquelle ist so klein gewählt, daß bei hoher Strahlungsleistung im Puls ein niedriger Stromverbrauch der Sendeschaltung resultiert. Die Pulsfolgefrequenz ist so gewählt, daß bewegte Gegenstände noch gut und sicher entdeckt werden können, und daß fremde pulsierende Lichtquellen, z. B. Leuchtstofflampen, außerhalb der Pulsfolgefrequenz liegen.The duty cycle of the IR light source is so small chosen that with high radiation power in the pulse, the transmission circuit results in a low power consumption. The pulse repetition frequency is chosen so that moving objects can still be easily and reliably detected can, and that foreign pulsating light sources such. B. fluorescent lamps, outside the pulse repetition rate lie.

Die Verstärkerschaltungsanordnung nach F i g. 4 besteht aus der IR-Empfangsdiode ED mit kapazitiv angekoppeltem Transistorverstärker TV, dessen Ausgangsspannung durch das bereits erwähnte Einstellpotentiometer 8' einstellbar ist. Die als Detektor dienende Empfangsdiode ist kapazitiv an den Eingangsverstärker angekoppelt. Dadurch kann das Gerät von Gleichlicht — selbst relativ hoher Intensität — nicht gestört werden. Durch den Einsatz von Silizium-Empfangsdioden und deren Betrieb in Sperrichtung ist es möglich, einen linearen Arbeitsbereich in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke von etwa 6 Zehnerpotenzen zu gewährleisten. Damit ist die Funktion der Schaltung praktisch unabhängig von der Umgebungsbeleuchtung.The amplifier circuit arrangement of FIG. 4 consists of the IR receiving diode ED with a capacitively coupled transistor amplifier TV, the output voltage of which can be set using the aforementioned setting potentiometer 8 '. The receiving diode serving as a detector is capacitively coupled to the input amplifier. This means that the device cannot be disturbed by constant light - even with relatively high intensity. By using silicon receiving diodes and operating them in reverse direction, it is possible to ensure a linear working range of around 6 powers of ten, depending on the illuminance. This means that the function of the circuit is practically independent of the ambient lighting.

Der Komparator 7 besteht nach der in Fig. 5 angegebenen Schaltungsanordnung aus zwei Differenzverstärkern mit den Stufen D 1, D 2, denen über Leitung A die Ausgangsspannung des Transistorverstärkers T\ des Empfängerteils und über Leitung B die von der Diode 6 abgeleitete mittels eines Potentiometers PC einstellbare Referenzsignalspannung zugeleitet wird Die zum Amplitudenvergleich benutzten Differenzverstärker D 1, D 2 werden über die Leitung Tim Takte dei Sendeimpulse geschaltet. Damit wird sichergestellt, daC nur die vom eigenen Gerät ausgesendeten Lichtimpulsc zur Verarbeitung kommen können, und die Anordnung gewinnt eine hohe Selektivität und damit StörsicherheitThe comparator 7 is according to that shown in Fig. 5 specified circuit arrangement of two differential amplifiers comprising the steps of D 1, D 2, which via line A, the output voltage of the transistor amplifier T \ of the receiver portion and through line B derived from the diode 6 by means of a potentiometer PC adjustable reference signal voltage is fed in. The differential amplifiers D 1, D 2 used for the amplitude comparison are switched over the line Tim Takte dei transmit pulses. This ensures that only the light pulses emitted by the own device can be processed, and the arrangement gains a high degree of selectivity and thus immunity to interference

Nach Pulsformerstufen 11,11', mit denen Störspitzet innerhalb der aktiven Komparatorzeit unterdrück werden, folgt die Integratorstufe 12, welche dafür sorgt daß der Alarm erst dann ausgelöst wird, wenn di< Vergleichsschaltung mehrere aufeinanderfolgende Im pulse liefert. Durch diese Anordnung steigt di< SicherheitAccording to pulse shaper stages 11, 11 ', with which Störspitzet are suppressed within the active comparator time, follows the integrator stage 12, which takes care of it that the alarm is only triggered when di <comparison circuit several successive Im pulse delivers. This arrangement increases security

en falschen A%!ärrrj erheblich.en wrong A%! ärrrj considerably.

Am Ausgang des Transistors T3 iiegt einerseits eint Transistorstufe Tr für die Betätigungeines Relais /?un< andererseits eine Buchse DB, über die ein äußere Alarmgeber angesteuert werden kann, gegebenenfall: parallel oder gesondert zum internen Alarmgeber.At the output of the transistor T3 there is on the one hand a transistor stage Tr for the actuation of a relay /? Un <on the other hand a socket DB via which an external alarm transmitter can be activated, if necessary: parallel or separate to the internal alarm transmitter.

Wenn das Relais erregt wird, was immer dann erfolgt, wenn die bei der Justage des Gerätes auf Null abgeglichenen Differenzverstärker DX, D2 durch veränderte Empfangsverhältnisse eine Ausgangsspannung abgeben, wird der Relaiskontakt r 1 betätigt, der den akustischen Alarmgeber 14 auslöst.When the relay is energized, which always occurs when the differential amplifiers DX, D2 , which were adjusted to zero during the adjustment of the device, emit an output voltage due to changed reception conditions, the relay contact r 1 is actuated, which triggers the acoustic alarm generator 14.

Die einfache Bedienbarkeit des Gerätes wird durch den Einsatz von nur 3 Bedienelementen erreicht.The simple operability of the device is achieved through the use of only 3 control elements.

Für die Anpassung des Gerätes an eine beliebige^s Szene ist die Betätigung des Einschalters Sl und die Einstellung mit dem Potentiometer 8' erforderlich, so daß die in dieser Stellung wirksame Kontrollampe KL erlischt.For the adaptation of the device to an arbitrary scene ^s actuation of the power switch Sl and the setting of the potentiometer 8 'is required so that the effective in this position, pilot lamp KL is extinguished.

Eine spezielle Schaltung läßt in dieser Schalterstellung die Kontrollampe KL flackern, wenn die zulässigeA special circuit causes the control lamp KL to flicker in this switch position, if the permissible one

Batteriespannung unterschritten wird. Die Schaltung besteht z. B. nach F i g. 6 aus dem Transistormultivibrator MV1 und dem Referenzspannungsgeber R VG. Battery voltage is undershot. The circuit consists z. B. according to FIG. 6 from the transistor multivibrator MV 1 and the reference voltage generator R VG.

Über einen weiteren Schalter 52(F i g. 5) läßt sich das Gerät »scharf« machen. Dazu wird statt der Kontrolllampe KL der Alarmgeber eingeschaltet und außerdem die Rückkopplung der Selbsthaltescnaltung von 73 geschlossen.The device can be "armed" via a further switch 52 (FIG. 5). For this purpose, the alarm transmitter is switched on instead of the control lamp KL and the feedback of the latching circuit of 73 is closed.

Darüber hinaus lassen sich Einschaltverzögerung und Einschaltdauer des Alarmsignals mit 52 in Funktion setzen.In addition, the switch-on delay and switch-on duration of the alarm signal can be activated with 52 set.

Das Alarmgerät als Basisgerät für weitere Anwendungsfälle kann vielseitig erweitert werden, z. B. durch Anschluß von externen Alarmgebern, drahtlosen Signalübertragern, optischen Anzeigern, Zählern usw.The alarm device as a basic device for other applications can be expanded in many ways, e.g. B. by Connection of external alarm devices, wireless signal transmitters, optical indicators, counters, etc.

Hierzu 7 Blatt ZeichnungenIn addition 7 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Monitoring device in which alarm signals are triggered by means of changes in the radiation conditions between a pulsed infrared transmitter with directed radiation and a receiver working with a reference voltage derived from the transmitter, which form a structural unit, characterized in that the receiver (9 , 8) is adjustable in its output amplitude (8 ') and the receiver output signal pulse voltage (A) is compared with the adjustable reference signal voltage (B) derived from the transmitter (3 ) in a (T) amplitude comparator (7) clocked with the pulse frequency of the transmitter, that an alarm signal is only derived from the comparator difference when the reflection conditions given during the receiver setting change.

2. Monitoring device according to claim 1, characterized in that the comparator (7) of the receiver consists of two differential amplifier stages (Dl, D2) whose one inputs are fed in parallel with the receiver output signal voltage (A) and the other inputs in parallel with the adjustable reference signal voltage (B) , while the clock voltage (T) of the transmitter is applied in parallel to the outputs.

3. Monitoring device according to claim 2, characterized in that the interconnected Outputs of the differential amplifier stages (D 1, D2) an integration element (12) is located.

4. Monitoring device according to claim 3, characterized in that a control stage T _r for a relay (R) or the like and a connection socket (DB) is connected to the transistor output of the integration element (12).

5. Monitoring device according to claim 1 or one of the following, characterized in that an alarm transmitter stage (14) can be controlled by means of a switching arrangement actuated in the comparator stage (7) and optionally a control lamp (KL) can be switched on instead of the acoustic alarm transmitter (14).

6. Monitoring device according to claim 1 or one of the following, characterized in that an adjustment switch is provided in the alarm transmitter stage (14).

7. Monitoring device according to claim 1 or one of the following, characterized in that a switch (52) is provided on the device, which switches the set device to operational readiness delayed for a short time.

8. Monitoring device according to claim 1 or one of the following, characterized in that the chambers for the transmitting diode (SD) and receiving diode (9; ED) closing optics (4, 10) consist of plastic lenses which are in an edge surface (F 1) of the device are attached.

9. Monitoring device according to claim 1, characterized in that for the power supply Power sources form a structural unit with the device (17).

10. Monitoring device according to claim 1 or one of the following, characterized in that the alarm switches itself off after a specified time and the device again is ready to turn.

11. Monitoring device according to claim 1, or one of the following, characterized in that the pulsed IR radiation is emitted by a luminescent diode (SD) .