DE2431999A1 - Bruchdetektor - Google Patents
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Description
25 573
* i· W
Gulf & Western Manufacturing Company (Systems),
Bruchdetektor
Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Erfassen des Bruchs eines festen Materials, allgemein auf eine Vorrichtung oder ein
System zum Erfassen des Bruchs in einer Glasplatte. Im einzelnen ist die Erfindung auf ein aktives System zum Erfassen eines Glasbruchs
unter Verwendung einer Modulations-Demodulationstechnik als Filtertechnik gerichtet.
Es sind Systeme entworfen worden, welche verschiedene Arten von
Übertragern zum Erfassen von Glasbruch verwenden. In einigen Laden
oder anderen Unternehmen werden beträchtliche Geldmengen angewandt, um diese Systeme einzubauen und zu warten. Ein weitgehend
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verwendetes System macht Gebrauch von Folienmeßkreis-Übertragern. Dieses System erfordert eine periodische Wartung und der Fölienmeßkreis
bricht sehr leicht. Die bekannten Systeme . haben einen grundlegenden Nachteil, daß sie passive Systeme sind. Typisch wird
ein einziger übertrager zum Erfassen einer vorbestimmten Frequenz
verwendet, von welcher bekannt ist, daß sie bei Brechen von Glas erzeugt wird. Um die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms zu verringern, wurde in einem Versuch zur Unterscheidung zwischen beispielsweise
einem harten Schlag und einem tatsächlichen Bruch eine Verstärkungssteuerung verwendet. Eine genaue Unterscheidung ist jedoch
nicht immer möglich, da diese Systeme passiv sind. Weiter ist in einem passiven System das Signal-Rausch-Verhältnis, im allgemeinen
niedriger als bei einem aktiven System.
Ein weiteres Problem bei derartigen passiven Systemen besteht darin,
daß nicht erfaßt wird, wenn ein übertrager verdrängt wird oder eine Fehlfunktion aufweist. Es erfolgt im wesentlichen keine Überwachung
des Übertragers.
Dementsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, einen Glasbruchdetektor
oder ein System wie eingangs beschrieben zu schaffen, welches relativ billig, leicht einzubauen, und mit relativ geringen Kosten
zu warten ist.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Sendeübertrager
an einem Bereich des Materials angeordnet ist, der ein Signal einer ersten Frequenz erzeugt, während das Material ein
Signal einer zweiten Frequenz erzeugt, wenn es gebrochen ist, ein Empfangs-Übertrager an einem anderen Bereich des Materials angeordnet ist, der ein aus den Signalen der ersten und zweiten Frequenz
zusammengesetztes Signal aufnimmt, eine Einrichtung zum Mischen des zusammengesetzten Signals mit dem Signal der ersten Frequenz
zum Erzeugen von wenigstens einem Signal einer dritten Frequenz vorgesehen ist, und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Alarmzustandes
bei Erfassen des Signals der dritten Frequenz vorgesehen ist.
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Alternativ wird das Ziel der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Sende-übertrager an einem Bereich des Materials angeordnet
ist, der ein Signal einer ersten Frequenz erzeugt, während das Material ein Signal einer zweiten Frequenz erzeugt, wenn es gebrochen
ist, ein Empfangs-übertrager an einem anderen Bereich des Materials angeordnet ist, der ein aus den Signalen der ersten und
zweiten Frequenz zusammengesetztes Signal aufnimmt, eine Einrichtung zum Erfassen des zusammengesetzten Signals und Erzeugen eines Alarmzustandes
bei Erfassen desSignals der zweiten Frequenz vorgesehen ist, und mit dem Empfangs-übertrager eine Einrichtung zum Überwachen
der Anwesenheit des Signals der ersten Frequenz verbunden, ist.
Das erfindungsgemäße System zum Erfassen des Bruchs beispielsweise
einer Glasscheibe umfaßt allgemein einen an einem Bereich des Materials
angebrachtenSende-Übertrager zum Erzeugen eines Signals
einer ersten Frequenz, einen Empfangs-übertrager, eine Einrichtung
zum Mischen und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Alarmzustands. Das Material erzeugt, wenn es bricht oder geschnitten wird,
ein Signal einer zweiten Frequenz. Der Empfangs-übertrager ist an einem anderen Bereich des Materials zum Aufnehmen eines Signales angeordnet,
welches ein aus den Signalen der ersten und zweiten Frequenz zusammengesetztes Signal sein kann. Die Mischeinrichtung nimmt
dieses zusammengesetzte Signal und das Signal der ersten Frequenz auf und erzeugt wenigstens ein Signal einer dritten Frequenz, welche
die Summen-oder Differenz-Frequenz der ersten und zweiten Frequenzen
ist. Die Alarmeinrichtung wird bei Erfassen dieses Signals der dritten Frequenz aktiviert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Signal
der ersten Frequenz ein 150 kHzSignal, das Signal der zweiten Frequenz
ist ein 250 kHz Signal und das Signal der dritten Frequenz oder Differenz-Frequenz ist so ein 100 kHzSignal bzw. das der Summenfrequenz
400 kHz Signal.
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In einer Anwendung des Systems zum überwachen einer Anzahl von
Glasplatten werden eine Vielzahl von Sende- und Empfangs-übertragern
verwendet. Eine gemeinsame Miseherschaltung kann allen diesen
Übertragern zugeordnet sein. Ebenso kann eine gemeinsame Übertragungsschaltung
für alle Übertrager vorgesehen sein.
Zweckmäßige Weiterbildungen bzw. Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden zur näheren Erläuterung der Einzelheiten und Vorteile der Erfindung im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung
zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Teils einer überwachungsschaltung,
und
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Teil der
Überwachungsschaltung.
Der Detektor nach der vorliegenden Erfindung ist eine aktive Vorrichtung
oder ein aktives System zum Erfassen des Bruchs von vorzugsweise einer Glasplatte. Dieses aktive System enthält sowohl
einen Sende*- als auch einen Empfangs-Übertrager. Diese übertrager
sind typisch auf gegenüberliegenden Seiten der Glasplatte angebracht, um mit"der Glasplatte eine Bezugsfrequenz zu koppeln.
Alternativ hat es sich gezeigt, daß die übertrager an derselben
Stelle angeordnet sein können. Die Bezugsfrequenz kann typisch ein 150 kHzSignal sein. Wenn ein Bruch auf tritt,wird dieses Bezugsfre-^
quenzsignal mit einem durch den Glasbruch erzeugten Signal höherer
Frequenz moduliert. Dieses Signal wird dann mit dem Bezugsfrequenzsignai gemischt,um ein Differenzfrequenzsignal zu ergebenr welches
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nur bei Auftreten eines Glasbruchs vorhanden· ist und erfaßt wird.
Fig. 1 zeigt den Detektor der Erfindung, wie er in einem System zum Schützen einer Vielzahl von Glasplatten G1, G2, ...Gn verwendet
wird. Jeder dieser Glasplatten ist ein Sende-übertrager und ein Empfangs-übertrager zugeordnet, welche in Fig. 1 als Sendeübertrager
T1, T2, ... Tn und Empfangs-Übertrager R1, R2 . Rn
dargestellt sind. Jeder der Sende-übertrager und ihrer entsprechenden
Empfangs-Übertrager wie z.B. der Sende-übertrager T1 und der Empfangs-übertrager R1 sind innig mit der Glasplatte G1 gekoppelt,
so daß in der Glasplatte ein dauerndes 15OkHzSignal erzeugt wird,
welches von dem Empfangs-Übertrager aufgenommen vird.
Jeder Kanal des Systems entsprechend jeder Glasplatte enthält weiter
eine Hochpaßfxlterschaltung, welche mit jedem der Empfangs-Übertrager
verbunden ist. In Fig. 1 sind entsprechende Filter F1, F2 und Fn entsprechenden Empfangs-Übertragern R1, R2 und Rn zugeordnet
■ dargestellt. Diese Filterschaltungen sperren Signale einer Frequenz
von z.B. 30 kHzoder weniger. Der Ausgang jeder dieser Filterschaltungen ist seinerseits mit Verstärkern A1, A2 und An verbunden.
Der Ausgang dieser Verstärker ist mit einer Demodulatorschaltung oder einem Mischer 10 verbunden, welcher ebenfalls das Bezugsfrequenzsignal
von einem Generator 16 erhält. Wenn keine gebrochenen oder geschnittenen Platten in dem gesamten System auftreten, dann sind
beide Eingangsfrequenzen des Mischers 10 im wesentlichen die gleichen, und im Ausgangs des Mischers erscheint daher eine Gleichspannung
oder ein Signal sehr niedriger Frequenz. Unter diesen Umständen wird die Ausgangsgröße des Mischers , welche auf einen Filter 20
geschaltet ist, von der Filterschaltung nicht durchgelassen, da diese
ein Hochpaßfxlter zum Durchlassen von Signalen in der Nähe von beispielsweise 100 kHzoder größer ist. Der Ausgang des Filters 20
ist zu einer Triggerschaltung 24 und von dort zu einer Alarmeinrichtung 28 weitergeführt. Die Triggerschaltung 24 und die zugehörige
Alarmeinrichtung werden nur bei Bruch einer Glasplatte aktiviert.
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Wenn eine Glasplatte genügend gebrochen oder geschnitten ist, wird
in der Glasplatte ein Signal erzeugt, welches viele Frequenzkomponenten enthalten kann. Es hat sich gezeigt, daß eine recht vorherrschende
Frequenz eine solche in der Größenordnung von 250 kHz ist. Wenn das Glas angestoßen, nicht aber gebrochen ist, wird kein Signal
mit einer Frequenz in dieser Größenordnung erzeugt. Wenn z.B. die Glasplatte G1 gebrochen ist, dann ist das Aus gangs signal des
Verstärkers A1 ein moduliertes Signal, welches aus den 15OkHzund
250 kHzSignalen zusammengesetzt ist. Wenn dieses Signal mit dem Bezugsfrequenzsignal gemischt wird, hat der Mischer 10 ein Ausgangssignal
von angenähert 100 kHz.Dieses Signal wird von dem Filter durchgelassen und bewirkt ein Triggern der Triggerschaltung 24,
welche ihrerseits die Alarmeinrichtung 28 aktiviert.
In Fig. 1 sind die dargestellten einzelnen Komponenten üblichen Aufbaus. Zum Beispiel sind die Sende-und Empfangs-Übertrager konventionelle
Vorrichtungen und die Filterschaltungen sind ebenfalls üblichen Aufbaus. Die Triggerschaltung 24 kann eine Schmidt-Triggerschaltung
sein, und die Alarmeinrichtung 28 kann ein Alarmrelais und eine zugehörige Alarmvorrichtung enthalten.
Die Verstärker weisen, obwohl sie üblichen Aufbaus sein können,
vorzugsweise einen automatischen Steuerstromkreis für die Verstärkung auf, und haben vorzugsweise einen Ausgang niedriger Impedanz.
Der Steuerstromkreis für die Verstärkung kann in bestimmten Systemen vorteilhaft sein, besonders wenn große Glasplatten verwendet
werden. Dann wird die Ausgangsgröße des Verstärkers unabhängig davon, wo der Bruch oder Schnitt auftritt,in der Amplitude konstant
gehalten.
Der Mischer 10 kann in verschiedenen Arten aufgebaut sein und gibt,
wie erläutert, ein Differenz-Frequenz signal ab. Der Mischer kann auch
Ausgangsgrößen sowohl der Summen- als auch der Differenz-Frequenz
abgeben. In diesem Falle wären die Filterschaltungen derart ausgelegt,
daß sie diese Summen- und Differenz-Frequenzen auswählten und das
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Bezugsfrequenzsignal sperrten.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung, welches bei einem
aktiven System vorgesehen ist, ist die Überwachungsfähigkeit.
In Fig. 1 ist eine Reihe von Transistoren Q1, Q2... Qn gezeigt,
welche jeweils mit den Verstärkern A1, A2.... An verbunden sind. Diese Transistoren sind so in Reihe geschaltet, daß jeweils der
Emitter eines Transistors mit dem Kollektor des benachbarten Transistors verbunden ist. Der Kollektor des Transistors Q1 ist mit
einerGleichspannungsversorgung und der Emitter des Transistors Qn über einen Pegeldetektor oder eine Triggerschaltung 3O mit der Alarmeinrichtung
28 verbunden. Wenn alle übertrager intakt sind und ein Bezugsfrequenzsignal von allen Verstärkern aufgenommen wird, dann
werden alle zugehörigen Transistoren leitend gehalten, wodurch die Triggerschaltung 30 in einem Zustand ohne Alarm gehalten wird. Wenn
einerder Sende- oder Empfangs-übertrager verdrängt wird oder eine Fehlfunktion aufweist, dann wird das von dem entsprechenden Verstärker
zugeführte Signal den entsprechenden Transistor, wie z.B. den Transistor .Q1 trennen und hierdurch den Weg durch die anderen
Transistoren ebenfalls öffnen. Wenn dies auftritt , wird die Triggerschaltung 30 aktiviert und die Alarmeinrichtung 28 wird in ihren
Alarmzustand versetzt.
Die in Fig. 1 gezeigte Überwachungsschaltung kann als UND-Schaltung
bezeichnet werden. Alternativ sind in den Fig. 2 und 3 Überwachungsschaltungen gezeigt, welche ODER-Schaltungen sind. Beispielsweise
sind in Fig. 2 den Verstärkern A1 und An automatische Steuerstromkreise L1 und Ln für die Verstärkung und Transistoren Q1 und Qn zu-'
geordnet. In dieser Ausführungsform sind die Transistoren Q1 und Qn im wesentlichen parallel angeordnet und mit ihren Kollektoren über
einen Widerstand mit einer positiven Spannungsquelle verbunden,während
ihre Emitter beispielsweise auf Erde geschaltet sind. In Fig. 2 ist eine Überwachungsleitung 36 vorgesehen, welche zu einer Triggerschaltung
führt. Dioden D1 und Dn verbinden die Kollektoren der'
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Transistoren Q1 und Qn mit dieser Überwachungsleitung 36. Unter normalen Betriebsbedingungen, bei welchen alle Übertrager richtig
arbeiten, werden die Transistoren Q1 und Qn in ihrem leitenden Zustand gehalten, und die Dioden D1 und Dn sind in Sperrichtung
beaufschlagt.Wem einer der Übertrager verdrängt oder fehlerhaft
wird, dann hört einer der Transistoren, wie z.B. der Transistor Q1, zu leiten auf, und seine zugehörige Diode D1 wird leitend, wo- "
durch ein Signal auf die Überwachungsleitung 36 und zu der Triggerschaltung zum Hervorrufen eines Alarmzustandes gegeben wird.
Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform ist der in Fig. 2 gezeigten
recht ähnlich. In den Fig. 2 und 3 sind die gleichen Bezugszeichen
verwendet. Der einzige wesentliche Unterschied besteht darin, daß die Dioden D1 und Dn verglichen mit der in Fig. 2 dargestellten
Polarität mit umgekehrter Polarität geschaltet sind. So sind in der Ausführungsform nach Fig. 3 , wenn das System intakt ist, die
Transistoren Q1 und Qn nicht im leitenden Zustand. Wenn jedoch einer der übertrager eine Fehlfunktion aufweist oder verdrängt ist, wird
der zugehörige Transistor leitend und die zugehörige Diode, wie z.B. die Diode D1, leitet ebenfalls und bewirkt ein Signal auf der Überwachungsleitung
36.
Die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Anordnungen sind besonders vorteilhaft,
wenn eine große Anzahl von Glasplatten vorhanden ist, welche überwacht werden sollen. In diesem Falle und bei Verwendung
der in Fig. 1 gezeigten überwachungsanordnung würde ein zu großer
Gesamtspannungabfall über allen Transistoren auftreten und so die
Gefahr eines falschen Triggerns der Triggerschaltung 30 bestehen. Alternativ tritt dieses Problem bei den in den Fig. 2 und 3 gezeigten
Anordnungen nicht auf, da diese ODER-Schaltungen sind.
Entsprechend der Erfindung können auch zwei Empfangs-Übertrager
einem einzigen Sende-Übertrager zugeordnet sein. Beim Einbau und
Überprüfen des Systems kann sich zeigen, daß infolge der Größe der
Glasplatte ein Empfänger das Signal nicht von allen Bereichen
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des Glases ausreichend aufnimmt. In diesem Fall kann ein zweiter
Empfangs-Übertrager verwendet werden.
Das System gemäß der Erfindung kann auch relativ billig aufgebaut und recht billig überwacht werden. Wenn zusätzliche Glasplatten
dem System hinzugefügt werden, wird der Preis des Systems nicht drastisch zunehmen, da ein Teil der Schaltung gemeinsam benutzt
wird, wie z.B. der Mischer und die in Fig. 1 gezeigten Alarmausgangsschaltung.
Mit dem System der Erfindung ist es mit einerModulationstechnik auch möglich, auf einem niedrigeren Signalniveau zu arbeiten. So
kann das System für größere Glasbereiche verwendet werden. Da weiter bei Verwendung der modulierten Wellenform ein schwächeres Signal
extrahiert werden kann, weist dieses aktive System ein besseres Signal-Rausch-Verhalten auf.
Die Bezugsfrequenz ist oben auf 150 kHzfestgelegt worden. Diese
Frequenz kann auch im Wert geringer sein, z.B. 50 kHz.In diesem Falle sind die Summen- und Differenzfrequenzen 300 kHz und 200 kHz
statt 4UO kHzund 100'kHz.Beim Erfassen von sowohl der Summen- als
auch der Differenzfrequenzen sind die 5OkHzBezugsfrequenzen wahrscheinlich
vorteilhafter, da die Filter Frequenzen zu diskriminieren haben, welche einander im Wert näherliegen.
Nachdem eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist,
versteht es sich für den Fachmann, daß zahlreiche andere Ausführungsformen und Modifikationen möglich sind, welche in den Bereich der
Erfindung fallen. Kurz umrissen umfaßt die Erfindung einen Detektor hauptsächlich zum Erfassen von Glasbrüchen und ist als eine aktive
Vorrichtung oder ein aktives System zum Erfassen des Bruchs und Erzeugen eines Alarmsignals aufgebaut. Der Detektor besteht allgemein
aus einem Sende- Übertrager mit einer festen ersten Frequenz unterhalb der durch den Bruch hervorgerufenen Frequenz, einem Empfangs-Übertrager
zum Empfangen eines Signals, welches aus dem
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ersten Frequenzsignal und dem Bruchfrequenzsignal zusammengesetzt
ist, wenn ein Bruch auftritt, einem Demodulator oder Mischer zum Erhalten der Differenz-oder Summenfrequenz und einer Alarmeinrichtung
zum Erzeugen eines Alarmzustandes bei Erfassung dieser Differenz-oder Summenfrequenz.
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Claims (13)
- Patentansprüchey System zum "Erfassen des Bruchs eines festen Materials, dadurch gekennz ei chnet, daß ein Sende-Übertrager (T1, 12, Tn) an einem Bereich des Materials (G1, G2, Gn) angeordnet ist, der ein Signal einer ersten Frequenz erzeugt, während das Material (G1, G2, Gn) ein Signal einer zweiten Frequenz erzeugt, wenn es gebrochen ist, ein Empfangs-übertrager (R1, R2, Rn) an einem anderen Bereich des Materials (G1, G2, Gn) angeordnet ist, der ein aus den Signalen der ersten und zweiten Frequenz zusammengesetztes Signal aufnimmt, eine Einrichtung (10) zum Mischen des zusammengesetzten Signals mit dem Signal der ersten Frequenz zum Erzeugen von wenigstens einem Signal einer dritten Frequenz vorgesehen ist, und eine Einrichtung (24, 28) zum Erzeugen eines Alarmzustandes bei Erfassen des Signals der dritten Frequenz vorgesehen ist.
- 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal der zweiten Frequenz eine Frequenz der Grössenordnung 25O kHz hat.
- 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η nz eichnet, daß die erste Frequenz geringer als die zweite Frequenz ist.
- 4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g ekennzei chnet, daß die dritte Frequenz die Differenz oder die Summe aus der ersten und zweiten Frequenz ist.
- 5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennz ei chnet, daß zwischen den Empf angs-tjbertrager (R1, R2, Rn).und die Einrichtung (10) zum Mischen ein Verstärker (A1, A2, An) geschaltet ist.5 09817/0 671 _ .„ ,
- 6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Paaren von Sendern und Empfängern vorgesehen sind.
- 7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e kennz ei c h η e t, daß die Einrichtung (10) zum Mischen einen Demodulator zum Erzeugen eines Differenzsignales als Signal der dritten Frequenz aufweist.
- 8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Demodulator und die Alarmeinrichtung (28) ein Hochpaßfilter (20) zum Sperren von FrequenzSignalen unterhalb des Signals der dritten Frequenz und zum Durchlassen des Signals der dritten Frequenz geschaltet ist.
- 9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet, daß mit den Empfangs-Übertragern (R1, R2, Rn) Einrichtungen (Q1, Q2, Qn) zum Überwachen derAnwesenheit des Signals der ersten Frequenz und Schalten eines Alarmsignals auf die Alarmeinrichtung (28) bei Abwesenheit des Signals der ersten Frequenz verbunden sind.
- 10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Sende-Übertragern (T1, T2, Tn) und eine gleiche Anzahl von Empfangs-Übertragern (R1, R2, Rn) vorgesehen sind.
- 11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (Q1, Q2, Qn) zum Überwachen alle Empfangs-Übertrager (R1, R2, Rn) überwachen und daß bei Abwesenheit eines Signals der ersten Frequenz an einem der Empfangsübertrager (R1, R2, Rn) ein Alarmzustand erzeugbar ist.
- 12. System zum Erfassen des Bruchs eines festen Materials, dadurch gekennzeichnet,daß ein Sende-Übertrager509817/0671(Τ1, Τ2, Tn) an einem Bereich des Materials (GI, G2, Gn) angeordnet ist, der ein Signal einer ersten Frequenz erzeugt, während das Material (G1, G2, Gn) ein Signal einer zweiten Frequenz erzeugt, wenn es gebrochen ist, ein Empfangs-Übertrager (R1, R2, Rn) an einem anderen Bereich des Materials (G1, G2, Gn) angeordnet ist, der ein aus den Signalen der ersten.und zweiten Frequenz zusammengesetztes Signal aufnimmt, eine Einrichtung zum Erfassen des zusammengesetzten Signals und Erzeugen eines Alarmzustandes bei Erfassen des Signals der zweiten Frequenz vorgesehen ist, und mit dem Empfangs-Übertrager (R1, R2, Rn) eine Einrichtung zum überwachen der Anwesenheit des Signals der ersten Frequenz verbunden ist.
- 13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß ein Ausgang der Einrichtung zum Überwachen mit der Einrichtung für das Erzeugen eines Alarmzustandes zum Erzeugen eines Alarms bei Abwesenheit des Signals der ersten Frequenz verbunden ist.509817/0671Leerseite
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