DE2431999C3 - Bruchdetektor - Google Patents

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 Splittern 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 2124 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-Übeitragern. 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 niedrige 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 ersten 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 erfindungsgemäße System zum Erfassen des Bruchs, beispielsweise einer Glasscheibe, umfaßt allgemein einen an einem Bereich des Materials angebrachten Sende-Obertrager 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 Alarmeinrichtung wird bei Erfassen dieses Signals der dritten Freqt anz aktiviert

In einer bevorzugten Ausfühmngsform 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 4CO kHz Signal.

In einer Anwendung des Systems zum Überwachen einer Anzahl von Glasplatten werden eine Vielzah! von Sende- und Empfangs-Übertragern verwendet. Eine gemeinsame Mischerschaioing 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.

Ausfühmngsbeispiele 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 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 .'/der ein aktives System zum Erfassen des Bruchs von verzugsweise 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

S 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 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 Fig. 1 als

Sende-Übertrager Ti, T2,... Tn un ' Empfangs-Übertrager Al, R2, ...Rn dargestellt sind. Jeder der Sende-Übertrager und ihrer entsprechenden Empfangs-Übertrager wie z. B. der Sende-Übertrager Ti und der Empfangs-Übertrager R i 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 HochpaSfilterschaltung,

welche mit jedem der Empfangs-Übertrager verbunden ist. In Fig. 1 sind entsprechende Filter Fl, F2 und Fn entsprechenden Empfangs-Übertragern R 1, RI und Rn zugeordnet dargestellt. Diese Filterschaltungen sperren Signale einer Frequenz von z. B. 30 kHz oder weniger.

35· 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 kHz oder größer ist Der Ausgang des Filters 20 ist zu einer Triggerschaltung 24 und von dort zu einer Alarmeinrichtung 28 weitergeführt. Die Triggerschaltung ?<*, ;jnd 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 solciie in der Größenordnung von 250 kHz ist. Wenn das Glas angestoßen wird, nicht aber gebrochen ist, wird kein Signal mit einer Frequsnz in dieser Größenordnung erzeugt. Wenn ζ. ύ. die Glasscheibe G i gebrochen ist, dann ist das Ausgangssignal des Verstärkers A 1 ein moduliertes Signal, welches aus

*3 den 150 kHz und 250 kHz Signalen zusammengesetzt ist. Wenn dieses Signal mit dem Bezugsfrequenzsigna) 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 Alarmeinrichlung 28 aktiviert.

In F i g. I 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. I ist eine Reihe von Transistoren I. Q 2.... Qn gezeigt, welche jeweils mit den Verstärkern A 1, ,4 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 Q I 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 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 einer der Sende- oder Empfangs-Übertrager entfernt wird oder eine Fehlfunktion aufweist, dann wird das von dem entsprechenden Verstärker zugeführte Signal den entsprechenden Transistor, wie z. B. den Transistor Qi 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 F i g. 1 gezeigte Überwachungsschaltung kann als UND-Schaltung bezeichnet werden. Alternativ sind in den F i g. 2 und 3 Überwachungsschaltungen gezeigt welche ODER-Schaltungen sind. Beispielsweise sind in F i g. 2 den Verstärkern A 1 und An automatische Steuerstromkreise L 1 und Ln für die Verstärkung und Transistoren QI und Qn zugeordnet. 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 F i g. 2 ist eine Überwachungsleitung 36 vorgesehen, welche zu einer Triggerschaltung führt. Dioden D 1 und Dn verbinden die Kollektoren der Transistoren Q 1 und Qn mit dieser Überwachungsleitung 36. Unter normalen Betriebsbedingungen, bei welchen alle Übertrager richtig arbeiten, werden die Transistoren Q I und Qn in ihrem leitenden Zustand gehalten, und die Dioden D 1 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 D 1 wird leitend, wodurch ein Signal auf die Überwachungsleilung 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 D\ 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 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 D I, 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 auch 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 benutzt wird, wie z. B. der Mischer und die in Fig. 1 gezeigte Alarmausgangsschaltung.

Mit dem System der Erfindung ist es mit einer Modulationstechnik 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 kHz festgelegt 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 400 kHz und 100 kHz. Beim Erfassen von sowohl der Summen- als auch der Differenzfrequenzen sind die 50 kHz Bezugsfrequenzen wahrscheinlich vorteilhafter, da die Filter Frequenzen zu diskriminieren haben, welche einander im Wert näherliegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. System zum Erfassen des Bruches eines Testen Materials, insbesondere Glas, mit einem das Material von einem Sende-Übertrager zu einem S Empfangs-Übertrager 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 Sende-Übertrager (7*1, 7*2, Tn) und ein Empfangs-Obertrager (Rt, 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 (Gt, G 2, Gn) das Signal der ersten Frequenz, bei berstendem Material (Cl, G2, Gn) das Signal der ersten Frequenz und auch das Signal der zweiten frequenz empfängt, und die Einrichtung zo (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

Z 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 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 Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Empfangs-Übertrager (R 1, ft 2, Rn) Einrichtungen (Qi, QX Qn) zum Überwachen der Anwesenheit des Signals der ersten Frequenz verbunden sind.

10. System nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (Q 1, QX Qn) zum Überwachen alle Empfangs-Übertrager (Ri, RX Rn) überwachen und daß bei Abwesenheit eines Signals der ersten Frequenz an einem der Empfangs-Übertrager (R 1, RX Rn) ein Alarmzustand erzeug bar ist.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (Qi, QX 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, QX 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 Sende-Übertragern (Ti, TX Tn) und eine gleiche Anzahl von Empfangs-Übertragern (Al, RX Rn) vorgesehen sind.