DE2431999B2 - Bruchdetektor - Google Patents
BruchdetektorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Erfassen des Bruches eines festen Materials, insbesondere
Glas, mit einem das Material von einem Sende-Übertrager zu einem Empfangs-Übertrager
durchsetzenden Signal einer ersten Frequenz, und dem beim Sputtern oder Zerbrechen des Materials auftretenden
charakteristischen Signal einer zweiten Frequenz.
Im einzelnen ist die Erfindung auf ein aktives System
zum Erfassen eines Glasbruchs unter Verwendung einer Modulations-Demodulationstechnik als Filtertechnik
gerichtet.
Aus der DT-OS 21 24 362 ist ein Verfahren zum Erfassen des Bruches eines Glaskörpers bekannt, bei
dem der Glaskörper durch einen Sender mit einer Schwingung beschickt wird, die sich durch den Körper
fortsetzt und an einer anderen Stelle des gleichen Körpers wieder empfangen wird.
Es sind ferner Systeme entworfen worden, welche verschiedene Arten von Übertragern zum Erfassen von
Glasbruch verwenden. In einigen Läden oder anderen Unternehmen werden beträchtliche Geldmengen aufgewendet,
um diese Systeme einzubauen und zu warten. Ein weitgehend verwendetes System macht Gebrauch
von Folienmeßkreis-Übertragern. Dieses System erfordert eine periodische Wartung und der Folienmeßkreis
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. Die DT-OS 21 24 362 beschreibt ein derartiges System
bzw. Verfahren, bei dem nur die beim Zerbrechen oder Splittern von Glaskörpern auftretenden und für diese
Ereignisse charakteristischen mechanischen Schwingungen hoher Frequenz in einen elektrischen Strom
umgewandelt werden. 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 entfernt wird oder eine Funktionsstörung aufweist. Es erfolgt im wesentlichen keine Überwachung
des Übertragers.
Dementsprechend ist es Aufgabe 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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als aktives System ein Sende-Obertrager und ein
Empfangs-Übertrager, der ein aus den Signalen der ersten und zweiten Frequenz zusammengesetztes
Signal aufnimmt, und eine Einrichtung zum Empfang des zusammengesetzten Signals vorgesehen ist, wobei die
Einrichtung bei intaktem Material das Signal der ersten Frequenz, bei berstendem Material das Signal der errten
Frequenz und auch das Signal der zweiten Frequenz empfängt, und die Einrichtung das zusammengesetzte
Signal mit dem Signal der ersten Frequenz mischt zum Erzeugen von wenigstens einem Signal einer dritten
Frequenz für den Fall berstenden Materials, und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Alarmzustandes bei
Erfassen des Signals der dritten Frequenz vorgesehen ist.
Das erfindiingsgemäße System zum Erfassen des
Bruchs, beispielsweise einer Glasscheibe, umfaßt aligemein einen an einem Bereich des Materials angebrachten
Sende-Übertrager zum Erzeugen eines Signals einer ersten Frequenz, einen Empfangs-Übertrager, eine
Einrichtung zum Mischen und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Alarmzustandes. 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
Alarmeinrichaing wird bei Erfassen dieses Signals der dritten Frequenz aktiviert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Signal der ersten Frequenz ein 150 kHz Signal,
das Signal der zweiten Frequenz ein 250 kHz Signal und somit das Signal der dritten Frequenz oder Differenz-Frequenz
ein 100 kHz Signal bzw. das der Summenfrequenz ein 400 kHz Signal.
In einer Anwendung des Systems zum Überwachen einer Anzahl von Glasplatten werden eine Vielzahl von
Sende- und Empfangs-Übertragern verwendet. Eine gemeinsame Mischerschaltung 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 uiid werden zur näheren Erläuterung
der Einzelheiten und Vorteile der Erfindung im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems,
F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Teils einer Überwachungsschaltung, und
F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel: für einen Teil
der Überwachungsschaltung.
Der Detektor nach der vorliegenden Erfindung ist eine aktive Vorrichtung oder ein aktives System zum
Ei fassen des Bruchs von vorzugsweise einer Glasplatte.
Dieses aktive System enthält sowohl einen Sende- als
auch einen Empfangs-Übertrager. Diese Übertrager sind normalerweise 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 ein 150 kHz Signal sein. Wenn ein Bruch
auftritt, wird dieses Bezugsfrequenzsignal mit einem
ίο durch den Glasbruch erzeugten Signal höherer Frequenz
moduliert. Dieses Signal wird dann mit dem Bezugsfrequenzsignal gemischt, um ein Differenzfrequenzsignal
zu ergeben, welches 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
Glasscheiben Gi, G2,...Gn verwendet wird. Jeder
dieser Glasscheiben ist ein Sende-Übertrager und ein Empfangs-Übertrager zugeordnet, welche in F i g. 1 als
Sende-Übertrager Ti, 72,... Tn und Empfangs-Übertrager
Ri, R2, ...Rn dargestellt sind. Jeder der Sende-Übertrager und ihrer entsprechenden Empfangs-Übertrager
wie z. B. der Sende-Übertrager Tl und der Empfangs-Übertrager R 1 sind innig mit der Glasplatte
G 1 gekoppelt, so daß in der Glasscheibe ein dauerndes 150 kHz Signal erzeugt wird, welches von dem
Empfangs-Übertrager aufgenommen wird.
Jeder Kanal des Systems entsprechend jeder Glasscheibe enthält weiter eine Hochpaßfilterschaltung,
welche mit jedem der Empfangs-Übertrager verbunden ist. In Fig. 1 sind entsprechende Filter Fl, F2 und Fn
entsprechenden Empfangs-Übertragern Ri, R 2 und Rn
zugeordnet dargestellt. Diese Filterschaltungen sperren Signale einer Frequenz von z. B. 30 kHz oder weniger.
Der Ausgang jeder dieser Filterschaltungen ist seinerseits mit Verstärkern A 1, A 2 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
Scheiben in dem gesamten System auftreten, dann sind beide Eingangsfrequenzen des Mischers 10 im
wesentlichen die gleichen, und im Ausgang des Mischers erscheint daher eine Gleichspannung oder ein Signal
sehr niedriger Frequenz. Unter diesen Umständen wird die Ausgangsgröße des Mischers, welche auf ein Filter
20 geschaltet ist, von der Filterschaltung nicht durchgelassen, da diese ein Hochpaßfilter zum Durchlassen
von Signalen in der Nähe von beispielsweise 100
SQ kHz oder 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 Glasscheibe aktiviert
Wenn eine Glasscheibe genügend gebrochen oder geschnitten ist, wird in der Glasscheibe 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 wird, nicht aber
gebrochen ist, wird kein Signal mit einer Frequenz in dieser Größenordnung erzeugt. Wenn z. B. die Glasscheibe
G 1 gebrochen ist, dann ist das Ausgangssignal des Verstärkers A 1 ein moduliertes Signal, welches aus
den 150 kHz und 250 kHz Signalen zusammengesetzt ist. Wenn dieses Signal mit dem Bezugsfrequenzsignal
gemischt wird, hat der Mischer 10 ein Ausgangssignal von angenähert 100 kHz. Dieses Sienal wird von dem
Filter 20 durchgelassen und bewirkt ein Triggern der Triggerschaltung 24, welche ihrerseits die Alarmeinrichtung
28 aktiviert.
In F i g. 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
Glasscheiben verwendet werden. Dann wird die Ausgangsgröße des Verstärkers unabhängig davon, wo
der Bruch oder Schnitt auftritt, in der Amplitude M
konstant gehalten.
Der Mischer 10 kann in verschiedenen Arten aufgebaut sein und gibt, wie erläutert, ein Differenz-Frequenzsignal
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 auswählen und das Bezugsfrequenzsignal sperren.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung, welches bei einem aktiven System vorgesehen ist, ist die
Überwachungsfähigkeit.
In Fig. 1 ist eine Reihe von Transistoren 1, Q2,...Qn gezeigt, welche jeweils mit den Verstärkern
A 1, A 2,... 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 einer Gleichspannungsversorgung und
der Emitter des Transistors Qn über einen Pegeldetektor oder eine Triggerschaltung 30 mit der Alarmeinrichtung
28 verbunden. Wenn alle Übertrager intakt sind und ein Bczugsfrequcnzsignal von allen Verstärkern
aufgenommen wird, dann werden alle zugehörigen Transistoren leitend gehalten, wodurch die Trigger- 4S
schaltung 30 in einem Zustand ohne Alarm gehalten wird. Wenn einer der Sende- oder Empfangs-Übcrtragcr
entfernt wird oder eine Fchlfunktion aufweist, dann wird das von dem entsprechenden Verstärker zugcführte
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
Alarmcinrichtung 28 wird In ihren Alarmzustand versetzt.
Die in Fig. 1 gezeigte überwachungsschaltung kann
als UND-Schaltung bezeichnet werden. Alternativ sind in den Fi g. 2 und 3 Überwachungsschaltungen gezeigt,
welche ODER-Schaltungen sind. Beispielsweise sind in F i g, 2 den Verstärkern A 1 und An automatische
Stcuerstromkrclsc L1 und Ln für die Verstärkung und
Transistoren Qi und Qn zugeordnet. In dieser
^.'.WfuhningHtaroWdnd die Tw.n^iorpiJ, P1 und Qrtjm
wesentlichen parullel angeordnet und mit Ihren
Kollektoren über einen Widerstand mit einer positiven Spttnnungsqucllc verbunden, während ihre Emitter
beispielsweise auf Erde geschaltet sind. In FI g. 2 Ist eine
Überwachtingsleilung 36 vorgesehen, welche zu einer
Triggerschaltung führt. Dioden D1 und Dn verbinden
die Kollektoren der 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. Wenn einer der Übertrager entfernt oder fehlerhaft wird, dann hört einer der
Transistoren, wie z. B. der Transistor Q1, zu leiten auf,
und seine zugehörige Diode D1 wird leitend, wodurch 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 F i g. 2 gezeigten recht ähnlich. In den F i g. 2 und 3 sind
die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der einzige wesentliche Unterschied besteht darin, daß die Dioden
D1 und Dn verglichen mit der in F i g. 2 dargestellten
Polarität mit umgekehrter Polarität geschaltet sind. So sind in der Ausrührungsform nach Fig.3, wenn das
System intakt ist, die Transistoren Q 1 und Qn nicht im leitenden Zustand. Wenn jedoch einer der Übertrager
eine Fehlfunktion aufweist oder entfernt ist, wird der zugehörige Transistor leitend auf die zugehörige Diode,
wie z. B. die Diode D1, leitet ebenfalls und bewirkt ein
Signal auf der Überwachungsleitung 36.
Die in den F i g. 2 und 3 gezeigten Anordnungen sind besonders vorteilhaft, wenn eine große Anzahl von
Glasscheiben vorhanden ist, welche überwacht werden sollen. In diesem Falle und bei Verwendung der in
F i g. 1 gezeigten Überwachungsanordnung würde ein zu großer Gesamtspannungsabfall über allen Transistoren
auftreten und so die Gefahr eines falschen Trigges 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.
Es können euch zwei Empfangs-Übertrager einem einzigen Sende-Übertrager zugeordnet sein. Beim
Einbau und Überprüfen des Systems kann sich zeigen, daß infolge der Größe der Glasscheibe ein Empfänger
das Signal nicht von allen Bereichen 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 Glasscheiben dem System hinzugefügt werden, wird der Preis des Systems nicht drastisch
zunehmen, da ein Teil der Schaltung gemeinsam benutz! wird, wie z.B. der Mischer und die in Fig. 1 gezeigte
Alarmausgungsschultung.
Mit dem System der Erfindung ist es mit einei Modulationstechnik auch möglich, auf einem niedrige
ren Signalniveau zu arbeiten. So kann das System fUi
größere Glnsbcrcichc verwendet werden. Da welter bc Verwendung der modulierten Wellenform ein schwtt
chcres Signal extrahiert werden kann, weist diese aktive System ein besseres Signal-Rausch-Verhaltci
auf.
Die Bezugsfrequenz ist oben auf 150 kHz festgeleg worden. Diese Frequenz kann auch Im Wert geringe
sein, z. B. 50 kHz. In diesem Falle sind die Summen- um
DiffcrcnzfrecLiien^rn 300 kHz und 200 kHz statt.40
kHz und lob'kHz. Beim Erfassen von sowohlcle
Summen· als auch der Differenzfrequenzen sind die 5 kHz Bezugsfrequenzen wahrscheinlich vorteilhafter, d
die Filter Frequenzen zu diskriminieren haben, welch einander im Wert nltherliegcn.
Claims (13)
1. System zum Erfassen des Bruches eines festen Materials, insbesondere Glas, mit einem das
Material von einem Sende-Übertrager zu einem Empfangs-Ü'jertrager durchsetzenden Signal einer
ersten Frequenz, und dem beim Splittern oder Zerbrechen des Materials auftretenden charakteristischen
Signal einer zweiten Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß als aktives System ein id
Sende-Übertrager (Ti, T2, Tn) und ein Empfangs-Übertrager (R 1, R 2, Rn), der ein aus den Signalen
der ersten und zweiten Frequenz zusammengesetztes Signal aufnimmt, und eine Einrichtung (10) zum
Empfang des zusammengesetzten Signals vorgesehen ist, wobei die Einrichtung (10) bei intaktem
Material (Gl, G 2, Gn) das Signal der ersten Frequenz, bei berstendem Material (Gl, G2, Gn)
das Signal der ersten Frequenz und auch das Signal der zweiten Frequenz empfängt, und die Einrichtung
(10) das zusammengesetzte Signal mit dem Signal der ersten Frequenz mischt zum Erzeugen von
wenigstens einem Signal einer dritten Frequenz für den Fall berstenden Materials, 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 250 kHz hat.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Frequenz geringer als
die zweite Frequenz ist.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, daß zwischen dem Empfangs-Übertrager
(R 1, R 2, Rn) und die Einrichtung (10) zum Mischen ein Verstärker (A 1, A 2, An)
geschaltet ist.
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 gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10)
zum Mischen einen Demodulator zum Erzeugen eines Differenzsignals als Signal der dritten Frequenz
autweist.
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 Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Empfangs-Übertrager (Al, R2,
Rn) Einrichtungen (Qi, Q 2, Qn) zum Überwachen der Anwesenheit des Signals der ersten Frequenz
verbunden sind.
10. System nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen (Qi, Q2, Qn) zum Überwachen alle Empfangs-Übertrager (Ri, R2,
Rn) überwachen und daß bei Abwesenheit eines Signals der ersten Frequenz an einem der Empfangs-Übertrager
(R 1, R 2, Rn) ein Alarmzustand erzeugbar ist.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen (Qi, Q2, Qn) bei
Abwesenheit des Signals der ersten Frequenz ein Alarmsignal auf die Alarmeinrichtung (28) schalten.
12. System nach einem der Ansprüche 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang der
Einrichtung (Q 1, Q2, Qn) zur Überwachung mit der Alarmeinrichtung (28) zum Erzeugen eines Alarms
bei Abwesenheit des Signals der ersten Frequenz verbunden ist.
13. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Scnde-Übertragern
(Tl, 72, 77?) und eine gleiche Anzahl von Empfangs-Übertragern (Al, R2, Rn) vorgesehen
sind.
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