DE2613375C3

DE2613375C3 - Detector for ultrasonic alarm systems

Info

Publication number: DE2613375C3
Application number: DE19762613375
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Phys. 8000 Muenchen Kleinschmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-03-29
Filing date: 1976-03-29
Publication date: 1978-09-28
Also published as: DE2613375B2; DE2613375A1

Description

3535

Die Erfindung bezieht sich auf einen Detektor für bzw. in Ultraschall-Alarmanlagen, wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben.The invention relates to a detector for or in ultrasonic alarm systems, as specified in the preamble of claim 1 in more detail.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Ultraschall-Einrichtungen für Einbruchssicherungen für Räume u. dgl. vorzuschlagen. Es sind auch tatsächliche Verwendungen von Ultraschall-Einrichtungen zu diesem Zwecke vorgenommen worden, bei denen man ein mit einem Empfänger empfangenes Ultraschall-Signal ausgewertet hat, das auf der Reflexion eines ausgesandten Ultraschall-Signals beruhte. Bekanntermaßen enthält ein von einem bewegten Gegenstand oder Körper reflektiertes Ultraschall-Signal vorgegebener Frequenz einen intensitätsmäßig mehr oder weniger großen Anteil frequenzverschobenes Ultraschall-Signal, dessen Erzeugung auf dem sogenannten Doppler-Effekt beruht.From the prior art it is known to use ultrasonic devices for burglar alarms To propose rooms and the like. Actual uses of ultrasound equipment have also been made for this purpose, involving a evaluated with a receiver received ultrasonic signal, which was based on the reflection of a transmitted ultrasonic signal. As is known, contains a moving object or body The reflected ultrasonic signal of a given frequency has a greater or lesser intensity in terms of intensity Share of frequency-shifted ultrasonic signal, its generation on the so-called Doppler effect is based.

So einfach wie die gesamte Problematik, insbesondere die Verwendung des Ultraschalls für eine Ultraschall-Einbruchssicherung erscheint, soviel Schwierigkeiten haben sich ihrer praktischen Anwendung in den Weg gestellt. Dies hat so weit geführt, daß in Werbeprospekten für Einbruchssicherungen darauf hingewiesen worden ist, daß es sich beim jeweiligen Angebot nicht um ein Gerät auf dem Prinzip des Ultraschalls handelt, ω weil solche Ultraschall-Geräte im Lauf der Zeit derart in Verruf gekommen sind, daß gegen ihre Verwendung bereits ein weitverbreitetes Vorurteil bestand. Vielmehr hat man in der Praxis auf Einbruchssicherungen zurückgegriffen, die nach dem Prinzip eines Doppler- hi Funkgerätes, d. h. mit Funkwellen, arbeiten. Das gegen Ultraschall-Einbruchssicherungen entstandene Vorurteil beruht im entscheidenden Umfang darauf, daß derAs simple as the entire problem, in particular the use of ultrasound for ultrasonic burglar protection, appears to be so many difficulties have stood in the way of their practical application. This has led to the fact that it was pointed out in advertising brochures for burglar alarms has been that the respective offer is not a device based on the principle of ultrasound, ω because such ultrasound devices have come into disrepute in the course of time to such an extent that they are against their use there was already a widespread prejudice. Rather, in practice you have to use burglar alarms resorted to the principle of a Doppler hi radio device, d. H. with radio waves, work. That against The prejudice that has arisen from ultrasound burglar protection is based to a decisive extent on the fact that the Ultraschall ebenso wie auf sich bewegende Personen auch auf Turbulenzen in der Luft des zu überwachenden Raumes anspricht, die in bewohnten, z. B. saisonmäßig beheizten Räumen überhaupt nicht zu vermeiden sind. Ultraschall-Einbruchssicherungen — die sich an sich durch einen relativ niedrigen Preis auszeichnen — sind daher im wesentlichen nur für »Räume« wie Kraftfabrzeuge, Wohnwagen u.dgl. empfohlen und eingesetzt worden.Ultrasound as well as moving people also detect turbulence in the air of the person to be monitored That appeals to the inhabited, z. B. seasonal heated rooms cannot be avoided at all. Ultrasonic burglar alarms - that in themselves characterized by a relatively low price - are therefore essentially only recommended and used for "rooms" such as vehicles, caravans and the like been.

Aus der DE-AS 23 34 167 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschall-Messung der Dicke eines länglichen Bauteiles bekannt Gemäß dieser Druckschrift soll bei dieser Vorrichtung eine Anzeige nur dann ausgelöst werden, wenn ein erster Echoimpuls eine erste vorbestimmte Eigenschaft zusätzlich zur Minimalamplitude und der zweite Echoimpuls eine zweite vorbestimnite Eigenschaft, wieder zusätzlich zur Minimalamplitude besitzt Danach soll die Anzeige sodann ausgelöst werden, wenn der zweite Echoimpuls zu einer festen Zeit nach dem ursprünglich erzeugten Impuls auftritt Diese Vorrichtung ist somit ein Entfernungsmeßsystem nach dem Radarprinzip, bei dem die Laufzeit eines Impulses ausgewertet wird.From DE-AS 23 34 167 is a method and a Apparatus for ultrasonic measurement of the thickness of an elongated component is known be triggered when a first echo pulse has a first predetermined property in addition to the minimum amplitude and the second echo pulse has a second predetermined property, again in addition to the minimum amplitude. Then the display should then triggered when the second echo pulse is a fixed time after the originally generated pulse This device is thus a distance measuring system based on the radar principle, in which the Running time of a pulse is evaluated.

Die US-PS 35 54 013 betrifft ebenfalls ein Echoimpuls-Ultraschall-Dickenmeßgerät, bei dem ein Schaltkreis speziell dafür vorgesehen ist, die Echoimpulsamplitude daraufhin zu untersuchen, ob dieser Echoimpuls auf einfacher oder mehrfacher Reflexion der Schallenergie im Werkstück beruht Es sind dort Maßnahmen vorgesehen, auf Mehrfach-Reflexion beruhende Signale zu unterdrücken.The US-PS 35 54 013 also relates to an echo pulse ultrasonic thickness measuring device in which a circuit is specially provided to examine the echo pulse amplitude to determine whether this echo pulse based on single or multiple reflection of the sound energy in the workpiece. There are measures there provided to suppress signals based on multiple reflection.

Aus Bell System Technical Journal (1958) Seiten 1023 bis 1028 ist es generell bekannt ein frequenzmoduliertes Signal einer Amplitudenbegrenzung zu unterwerfen.From Bell System Technical Journal (1958) pp. 1023 up to 1028 it is generally known a frequency-modulated To subject the signal to an amplitude limitation.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Detektor anzugeben, mit dem das Ultraschall-Prinzip mit seinen wirtschaftlichen Vorteilen auch für die Überwachung von Räumen nutzbar gemacht werden kann, in denen mit Turbulenzen der Luft zu rechnen ist.It is the object of the present invention to specify a detector with which the ultrasound principle with its economic advantages can also be used for monitoring rooms in which turbulence in the air is to be expected.

Mit einem Detektor wird diese Aufgabe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 gelöst durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Mittel. Weitere Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben.With a detector, this object is achieved according to the preamble of claim 1 by the im Characteristics of claim 1 specified means. Further design and training of the The invention is set out in claim 2.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht mit anderen Worten darin, daß man zunächst das empfangene Ultraschall-Signal, das zwangsläufig frequenzmodulierte und amplitudenmodulierte Anteile nebeneinander aufweist relativ stark verstärkt, um dieses verstärkte Signal dann einer Amplitudenbegrenzung zu unterwerfen, durch die sämtliche Amplitudenmodulation des empfangenen, verstärkten Signals abgeschnitten wird. Übrig bleibt ein im wesentlichen rechteckwelliges Signal. Dieses zwangsweise amplitudenkonstante Signal wird einem Frequenzvergleich mit der Frequenz des ursprünglich ausgesandten Ultraschall-Signals unterworfen, der auch als sogenannte Synchron-Demodulation bezeichnet wird. Die Null-Durchgänge des ausgesandten Ultraschall-Signals und die des empfangenen, vorverarbeiteten Signals werden miteinander verglichen. Wegen der hohen Vorverstärkung, die z. B. 100 dB beträgt, liegt für diesen Vergleich der Nulldurchgäinge dann stets ein ausreichend intensitätsstarkes, frequenzverändertes Empfangssignal vor, wenn das Gesamtempfangssignal wenigstens einen Anteil enthält, der auf der Reflexion an einem festzustellenden, bewegten Gegenstand — im Regelfall eine bewegte Person, wie z. B. ein Einbrecher — beruht. Dagegen sindIn other words, the solution according to the invention is that one first receives the Ultrasonic signal, which inevitably has frequency-modulated and amplitude-modulated components side by side has relatively strong amplified in order to then subject this amplified signal to an amplitude limitation through which all amplitude modulation of the received, amplified signal is cut off. What remains is an essentially rectangular wave Signal. This constant amplitude signal is a frequency comparison with the frequency of the originally transmitted ultrasonic signal, which is also referred to as so-called synchronous demodulation. The zero crossings of the The transmitted ultrasonic signal and that of the received, preprocessed signal are combined with one another compared. Because of the high pre-amplification that z. B. is 100 dB, then there is always a sufficiently high intensity for this comparison of the zero crossings, frequency-changed received signal, if the total received signal contains at least a portion, the one based on the reflection on a moving object to be determined - usually a moving object Person, such as B. a burglar - is based. Against are

im Empfangssignal an sich vorhandene Schwankungen, die auf Turbulenzen der Luft beruhen, mit Sicherheit ausgeschlossen, so daß wiederum darauf beruhende Fehlalarmsignale vermieden sind. Mit HiUe eines Filters, mit dem das Ausgangssignal des FrequenzvergleichersThere are fluctuations in the received signal that are based on turbulence in the air, with certainty excluded, so that false alarm signals based thereon are again avoided. With a filter, with which the output signal of the frequency comparator

— im Regelfall eines sogenannten Produkt-Detektors- usually a so-called product detector

— ausgesiebt wird, kann für den erfindungsgemäßen Detektor durch Wahl der Durchlaß-Bandbreite dieses Filters der detektierte Geschwindigkeitsbereich eingegrenzt werden. Erfahrungsgemäß kommt es nämlich nur auf einen relativ kleinen Geschwindigkeksbereich für die Feststellung der Gegenwart eines Einbrechers an; etwaige rasch bewegte Reflexionsgegenstände, wie z. B. größere Falter, sind dann von der Detektion und einem damit verbundenen Fehlalarm ausgeschlossen. ι s- Is sifted out, can for the invention Detector limits the detected speed range by selecting the bandwidth of this filter will. Experience has shown that there is only a relatively small speed range for the detection of the presence of an intruder; any rapidly moving reflective objects, such as B. larger butterflies are then excluded from detection and the associated false alarms. ι s

Wie bereits eingangs angedeutet, hat gegenüber der Verwendung von Ultraschall-Alarmanlagen bisher ein tief verwurzeltes Vorurteil bestanden, das mit der vorliegenden Erfindung behoben ist. Die Erfindung ermöglicht es nun, die an sich sehr preiswerten Ultraschall-Alarmanlagen dort anzuwenden, wo mit Beeinflussungen des reflektierten Signals durch Turbulenzen usw. gerechnet werden muß.As already indicated at the beginning, compared to the use of ultrasonic alarm systems, a entrenched prejudice existed, which the present invention has overcome. The invention now enables the very inexpensive ultrasonic alarm systems to be used wherever Influences on the reflected signal due to turbulence etc. must be expected.

Nachfolgend wird anhand einer Figur ein Prinzipbild der Erfindung erläutert.A basic diagram of the invention is explained below with reference to a figure.

Mit 1 ist ein üblicher Ultraschall-Sender bezeichnet. Er sendet eine schematisch angedeutete, mit 2 bezeichnete Ultraschall-Strahlung vorgegebener Frequenz f_s mittels eines wie üblichen Sendewandiers 3 aus. Diese Ultraschall-Strahlung 2 trifft zum Teil auf ruhende Gegenstände, wie z.B. Wände 4, als auch für einen angenommenerweise vorhandenen, bewegten 5i und damit festzustellenden Gegenstand 5 auf. Die schematisch mit 6 angedeutete reflektierte Ultraschall-Strahlung trifft auf einen Empfangswandler 7 auf, in dem die J5 empfangene Ultraschall-Strahlung wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Die Ultraschall-Strahlungen 2 und 6 durchqueren auf ihrem Weg zu den Gegenständen 4 und 5 mit 8 schematisch angedeutete, im Regelfall sich ändernde Turbulenzzonen, in denen eine insbesondere intensitätsmäßige Signal-Beeinflussung eintritt1 with a conventional ultrasonic transmitter is referred to. It transmits a schematically indicated ultrasonic radiation designated by 2 and having a predetermined frequency f _s by means of a transmission transducer 3, as is customary. This ultrasonic radiation 2 impinges in part on stationary objects, such as walls 4, as well as on a moving 5i that is assumed to be present and thus an object 5 to be determined. The reflected ultrasonic radiation indicated schematically by 6 impinges on a receiving transducer 7, in which the J5 received ultrasonic radiation is converted back into an electrical signal. On their way to the objects 4 and 5, the ultrasound radiations 2 and 6 pass through turbulence zones that are schematically indicated by 8, generally changing, in which a signal influence, in particular in terms of intensity, occurs

Das vom Empfangswandler 7 abgegebene elektrische Signal wird in einem Verstärker 9 derart verstärkt, daß sich ein Amplitudenverhältnis, wie z.B. AU = ±0,5 Volt, ergibt In einem Amplitudenbegrenzer 10 erfolgt die vorgesehene Amplitudenbegrenzung. Der Amplitudenbegrenzer 10 kann auch elektronischer Bestandteil des Verstärkers 9 oder des nachfolgenden Produkt-Detektors 11 sein. Das vom Verstärker 9 und dem Amplitudenbegrenzer 10 zugeführte Signal, das die Frequenz f_r enthält, und ein über eine Verbindung 12 diesem Produkt-Detektor 11 zugeführtes Signal der Sendefrequenz U werden dort derart gemischt, daß entsprechend einem Zeitvergleich der Null-Durchgänge beider Signale dem Produkt-Detektor 11 nur noch ein Differenzfrequenz-Signal /b entnommen wird, das einem vorgesehenen Filter 13 zugeführt wird. Dieses als B&ndpaß ausgeführte Filter 13 läßt z. B. nur Frequenzen des Bereiches von z. B. 50 Hz bis 1 kHz an den Ausgangsanschluß 14 hindurch. Solche an den Ausgangsanschluß 14 gelangenden Signale beruhen auf Geschwindigkeitsbewegungen des Gegenstandes 5 und nicht auf Turbulenzen der Zone 8. Umgekehrt gibt es bei NichtVorhandensein eines hier mit 5 angenommenen bewegten Gegenstandes am Ausgangsanschluß 14 kein Ausgangssignal selbst bei stärkster praktisch vorkommender Turbulenz in der Zone S. Durch das Tiefpaßfilter 13 ist zudem sichergestellt, daß nur ein solcher Gegenstand 5 zu einem Ausgangssignal am Anschluß 14 führt, der sich in einem durch die Bandpaßwerte des Filters 13 vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich bewegt.The electrical signal emitted by the receiving transducer 7 is amplified in an amplifier 9 in such a way that an amplitude ratio, such as AU = ± 0.5 volts, results. The amplitude limiter 10 can also be an electronic component of the amplifier 9 or of the subsequent product detector 11. The signal supplied by the amplifier 9 and the amplitude limiter 10, which contains the frequency f _r , and a signal of the transmission frequency U supplied via a connection 12 to this product detector 11 are mixed there in such a way that, according to a time comparison of the zero crossings of both signals, the Product detector 11 only a difference frequency signal / b is taken, which is fed to a filter 13 provided. This filter 13, implemented as a B-pass filter, allows e.g. B. only frequencies in the range of z. B. 50 Hz to 1 kHz to the output terminal 14 through. Such signals arriving at the output connection 14 are based on speed movements of the object 5 and not on turbulence in zone 8. Conversely, if there is no moving object at output connection 14, assumed here as 5, there is no output signal, even with the strongest practically occurring turbulence in zone S. Through the low-pass filter 13 is also ensured that only such an object 5 leads to an output signal at the connection 14 which moves in a speed range predetermined by the band-pass values of the filter 13.

Das Filter 13 vermag außerdem auch das Ausgangssignal von eventuell noch vorhandenen Störkomponenten zu befreien.The filter 13 is also capable of the output signal of any interference components that may still be present to free.

Ein erfindungsgemäß aufgebauter Detektor vermag auch Signale eines bewegten Objekts aufzudecken, die nur einen sehr kleinen Anteil in dem empfangenen und verstärkten Signal f_r ausmachen.A detector constructed according to the invention is also able to detect signals from a moving object which only make up a very small proportion in the received and amplified signal f _r .

Ein wie bei der Erfindung verwendeter Produkt-Detektor kann als Baustein ausgeführt sein, der bereits den Verstärker 9 und den Begrenzer 10 mit enthält.A product detector as used in the invention can be designed as a module that already contains the amplifier 9 and the limiter 10.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Detektor für Ultraschall-Alarmanlagen, die mit Aussenden und Empfang im Raum reflektierter, in diesem ausgesandter Ultraschall-Strahlung arbeiten, mit einem Verstärker und einem Demodulator für das empfangene frequenzveränderte Signal zur Weiterleitung desselben an einen mit einer Alarm auslösenden Einrichtung zu verbindenden Ausgangsanschluß, gekennzeichnet durch einen für Frequenzmodulation an sich bekannten Amplitudenbegrenzer (10) für das Empfangssignal (7), durch den die gesamte Amplitudenmodulation dieses Empfangssignals abgeschnitten ist, wozu das Empfangssignal zuvor so hoch verstärkt (9) ist, daß das vollständig amplitudenbeschnittene Signal (f_r) zur Weiterverarbeitung noch ausreichende Intensität hat, und durch einen Produkt-Detektor, dem sowohl das amplitudenbeschnittene Signal (f_r) als auch ein vom Sender (1) abgeleitetes Referenzsignal (f_s) zugeführt ist, und der ein Frequenzdifferenz-Signal (fo) liefert, das an dem Ausgangsanschluß (14) zur Weiterleitung an die Alarm auslösende Einrichtung zur Verfügung steht.1. Detector for ultrasonic alarm systems that work with the transmission and reception of ultrasonic radiation reflected in the room, with an amplifier and a demodulator for the received frequency-changed signal for forwarding the same to an output terminal to be connected to an alarm-triggering device, characterized by an amplitude limiter (10), known per se for frequency modulation, for the received signal (7), by means of which the entire amplitude modulation of this received signal is cut off, for which purpose the received signal is previously amplified (9) to such an extent that the completely amplitude-clipped signal (f _r ) still has sufficient intensity for further processing, and by a product detector to which both the amplitude-clipped signal (f _r ) and a reference signal (f _s ) derived from the transmitter (1 ) are fed, and which supplies a frequency difference signal (fo) , which is at the output terminal (14) for forwarding to the A device triggering the alarm is available.

2. Detektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Produkt-Detektor (11) und dem Ausgangsanschluß (14) des Detektors eingefügtes Bandpaßfilter (13) mit auf den vorgegebenen, zu detektierenden Geschwindigkeitsbereich abgestimmt bemessenen oberen und unteren Bandpaßfrequenzen.2. Detector according to claim 1, characterized by one between the product detector (11) and the output connection (14) of the detector inserted band-pass filter (13) with the predetermined, too detecting speed range matched sized upper and lower bandpass frequencies.