DE2617467A1 - Ultraschall-alarmanlage - Google Patents

Ultraschall-alarmanlage

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DE2617467A1 DE19762617467 DE2617467A DE2617467A1 DE 2617467 A1 DE2617467 A1 DE 2617467A1 DE 19762617467 DE19762617467 DE 19762617467 DE 2617467 A DE2617467 A DE 2617467A DE 2617467 A1 DE2617467 A1 DE 2617467A1
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    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/50Systems of measurement, based on relative movement of the target
    • G01S15/52Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S15/523Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds for presence detection

Description

  • Ultraschall-Alarmanlage
  • Die Erfindung bstrifft eine Ultraschall-Alarmanlage mit wenigstens einem Sender, der ein zu überwachendes Meßfeld bestrahlt und einem Empfänger, der die aus dem meßfeld reflektierten Echosignale empfängt, in nachfolgenden Empfängerstufen das Sendesignal austastet und das Echosignal aufbereitet, wobei mit der Bewegung eines Objektes im Seßfeld eine Frequenzverschiebung des Echosignals erfolgt (Doppler-Prinzip) und im Empfänger als Kriterium zur Alarmauslösung verwendet wird.
  • Zweck einer eingangs genannten Ultraschall-Alarmanlage ist es, die elektromagnetische Entdeckung eines beweglichen Objektes innerhalb einer gesicherten Zons zu gewährleisten.
  • Ein solches Ultraschall-Alarmgerät arbeitet beispielsweise mit 25 kHz. Diese Frequenz wird in einem Oszillator erzeugt und mittels eines piezoelektrischen Wandlers mit Richtwirkung in die zu sichernde Zone abgestrahlt. Ein sich in der Zone bewegendes Objekt reflektiert diesen Schall. Ein Teil davon vermischt sich mit dem abgestrahlten Schall und erzeugt eine schwebende Frequenz (Echosignal), die im wesentlichen mit der durch den Doppler-Effekt erzeugten Frequenz des sich bewegenden Objektes identisch ist. Das Echosignal mit Einbezug der durch den Doppler-Effekt erzeugten Frequenzkomponenten wird dann nachfolgend in Empfängerstufen aufbereitet und zur Alarmauslösung verwendet.
  • Das Echosignal wird von einem piezoelektrischen Wandler aufgefangen. Die in diesem Wandler erzeugten Echosignale haben eine sehr kleine Amplitude und werden zur weiteren Verarbeitung zunächst verstärkt. Die durch den Doppler-Effekt bedingten Frequenzkomponenten im Echosignal können höhere oder niedrigere Frequenzen als das Sendesignal selbst aufweisen, je nachdem, ob sich das Objekt von dem Empfänger fortbewegt oder ob sich das Objekt auf den Empfänger hinzu bewegt.
  • Wie oben bereits dargelegt wurde, ist das Echosignal ein Frequenzgemisch, das aufgrund auslöschender und verstärkender Frequenzanteile auch noch amplitudenmoduliert ist (Schwebungsfrequenz). Die bisher bekannten Ultraschall-Alarmanlagen verwenden die Amplitudenmodulation zur Alarmauslösung. Dies hat aber den Nachteil, daß auch Neben- und Störgeräusche, die in dem Bandbereich des Filters liegen, zu einer irrtümlichsn Alarmauslösung führen können. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß kurz andauernde Bewegungen, die in kurzen Zeitabständen auch Bewsgungsumkehrungen durchführsn (flatternde Vorhänge, schlagende Fensterflügel) zu einer Alarmauslösung führen. Dies ist nicht erwünscht, da ein Alarm nur ausgelöst werden soll, wenn das Kriterium eines unbefugten Eindringens in die meßzone von einem größeren Objekt (mensch) erfüllt wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ultraschall-Alarmanlage der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß Raum- und Störgeräusche nicht zL einer irrtümlic hen Alarmauslösung führen. Die Erfindung hat die zusätzliche Aufgabe, kurz dauernde rneßobjektbewegungen (mit evtl. gleichzeitiger Bewegungsumkehr), wie z.B. Flattern eines Vorhanges oder Schlagen eines Fensterfiügels,von definitionsgemäß gewollten Alarmauslösungen zu unterscheiden.
  • Die Aufgabe wird von einer Ultraschall-Alarmanlaga der eingangs genanntsn Art gelöst, die insbesondere dadurch gekennzeichnet ist, daß das Echosignal in zwei zueinander phasenverschobene Komponenten zerlegt wird und die eine Komponente differenziert am Steuereingang eines Sample- und Hold-Bausteines anliegt und daß die andere Komponente am Signaleingang des S.u.H.-Bausteines anliegt, wobei der Signalausgang des S.u.H-Bausteines einem Integrator zugeführt ist, der das Signal innerhalb einer vorgebbaren Integrationszeit aufintegriert und einem nachgeschalteten Schwellwertschalter zuführt, der bei Überschreitung einer vorgebbaren Schwelle die Alarmauslösung herbeiführt.
  • Wesentlich gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik ist, daß nun nicht mehr die Amplitudenmodulation des Echosignals zur Alarmerkennung verwendet wird, sondern daß die von dem Doppler-Effekt abhängigen Frequenzkomponenten direkt zur Alarmerkennung herangezogen werden. Bei der bekannten Alarmerkennung durch Erfassung der Apmplitudenmodulation besteht nämlich noch der weitere Nachteil, daß Brummepannungen, die der amplitudenmodulierten Hüllkurve des Echosignals überlagert sind, die Ansprechschwelle des Alarmgerätes sehr kritisch machen.
  • Diese Brummspannungen werden nämlich in nachgeschalteten Verstärkern ebenfalls verstärkt und können nicht ausgefiltert werden, da sis in einem ähnlichen Frequenzbereich liegen wie die Frequenz der Hüllkurve der Amplitudenmodulation.
  • Durch die Auswertung der Doppler-Frequenzen wird der wesentliche Vorteil erzielt, daß allein die Bewegung des MeßobJektes zur Alarmauslösung herangezogen wird. Brummspannungen liegen weit unterhalb der Dopplar-Effekt-abhängigen Frequenzkomponenten, so daß sie bei der Alarmauslösung keine Rolle mehr spielen. Durch die Verwendung von zwei zueinander phasenverschobenen Komponenten und durch die Abtastung der Doppler-Effekt-abhängigen Frequenzkomponenten durch einen Sample- und Hold-Baustein und durch die nachfolgende Integration wird der wesentliche Vorteil erzielt, daß mit der Einstellung der Integrationsdauer und mit der Einstellung der nachfolgenden Schwellwertschalter eine sichere Erkennung der Bewegung eines Meßobjektes im Meßfeld gewährleistet ist.
  • Das Kriterium zur Alarmauslösung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Bewsgung eines rneßobjektes innerhalb der Integrationszeit des Integrators zumindest überwiegend gleichförmig sein muß, so daß die aufsummierte Spannung eine bestimmte, vorgegebene Schwelle überschreitet.
  • Daraus wird deutlich, daß kurz andauernde Bswegunqan, die innerhalb der Integrationszeit Bewegungsumkehrungen durchführen, nicht zu einer Alarmauslösung führen, da sich solche Spannungsanteile vor dem Integrator auslöschen und der Integrator innerhalb der einstellbaren Integrationszeit nicht die zur Alarmsuslösung vorgegebene Schwelle überschreitet.
  • Wesentlich ist auch noch, daß neben der an sich bekannten Austastung des Sendesignals aus dem empfangenen Echosignal gemäß der vorliegenden Erfindung eins nachfolgende filterung des vom Sendesignal befreiten Echosignals erfolgt. Diese Filterung gewährleistet, daß noch verbleibende Frequsnzkomponenten des Sendesignals vollständig aus dem weiter zu verarbeitenden Signal entfernt werden. Vorteilhaft ist hier, daß der Sender und die Empfänger im gleichen Gehäuse angeordnet sind, wobei der piezoelektrische Schwinger des Senders im Abstand vom piezoelektrischen Schwinger des Empfängers auf der gleichen Schaltungsplatine angeordnet sind. Dies gewährlsistet einen raumsparendsn und billigen Aufbau, da nur ein einziges Gehäuse für den Alarmgeber vorgesehen werden muß. Darüber hinaus kann die zur Austastung des Sendesignals aus dem Echosignal erforderliche Signalverbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger auf der gleichen Schaltungsplatine vorgesehen sein. Dies stellt eine weitere Einsparung von Herstellungskosten und Montagskosten dar, da im anderen Fall, wenn Sender und Empfänger getrennt angeordnet sind, eine Leitungsverbindung zwischen dem Ssnder und dem Empfänger notwendig ist.
  • Wesentlich gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, daß nach der Austastung des Sendesignale aus dem empfangenen Echosignal dieses Signal vor der Abtastung mit Hilfe des Sample-und Hold-Bausteines so weit verstärkt wird, daß sich ein digitales Signal ergibt, d.h. daß eine Übsrsteuerung der Empfänger in den Sättigungsbereich hinein erfolgt. Dies gewährleistet eine sichere und von Amplitudenfehlern frsie Weiterverarbeitung des Alarm-Erkennungssignales.
  • Dadurch, daß mit der vorliegenden Erfindung sowohl Vorwärts-und Rückwärts-Bewegungen des rneßobjektes zum Empfänger hin und vom Empfänger weg erkennt werden können, ist es möglich, auch nur eine der genannten Bewegungerichtungen zur Alarmauslösung zu verwenden. Dies kann für Anwendungsfälle vorteilhaft sein, bei denen es darauf ankommt, nur Bewegungen eines rneßobjektes auf den Empfänger zu zu erkennen.
  • Weitere wesentliche merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
  • Es zeigen: Fig. 1: Schematisches Blockschaltbild eines Empfängers gemäß der vorliegenden Erfinduno.
  • Fig. 2.1: Erster Abschnitt eines Detail-Schaltbildes gemäß der Schaltung in Fig. 1.
  • Fig. 2.2: Zweiter Abschnitt des Detail-Schaltbilden als Fortsetzung von Fig. 2.1.
  • Fig. 3: Detail-Schaltbild des Senders.
  • Fig. 4.1 bis Fig. 4.5: Diagramme von Spannungs-Zeitverläufen an ausgewählten meßpunkten des Senders gemäß dem Schaltbild der Fig. 3.
  • Fig. 5.1 bis Fig 5.18: Darstellung von Spannungs-Zeitverläufen an ausgewählten meßpunkten des Empfängers gemäß dem Detailschaltbild in Fig. 2.1 und Fig. 2.2.
  • In Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Alarm-Empfängers dargestellt. Der Eingangsteil des Empfängers 30 wird gebildet von einem piezoelektrischen Schwinger X1, dessen Signal über einen Verstärker 40 auf einen Phasenschieber 50 gegeben wird. Der Phasenschieber 50 teilt das empfangene Echosignal 45 in zwei zueinander phasenverschobene Komponenten auf. Die Phasenverschiebung beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 900. Die beiden um 900 phasenverschobenen Komponenten werden einem mischer 70 zugeführt, in dem über die Leitung Y1 das Sendesignal des Senders 60 ausgetastet wird. Am Ausgang des mischers 70 erscheinen auf den Leitungen 80 und 90 die beiden phasenverschobenen Komponenten, die jetzt im wesentlichen vom Sendesignal (25 kHz) befreit sind. Die beiden phasenverschobenen Komponenten werden jeweils Bandpässen 100 zugeführt, die noch die verbliebenen 25 kHz-Frequenzanteile in den beiden Komponenten beseltigen.
  • Die um 9o0 in Bezug zur anderen Komponente phasenverschobene Komponente wird einem Schmitt-Trigger 115 zugeführt, der Rechteck-Impulse formt. Dem Schmitt-Trigger 115 ist ein Differenzierer 120 nachgeschaltet, der das differenzierte Signal dem Steuereingang 125 eines Sample- und Hold-Bausteines 140 zuführt. Die andere, nicht phasenverschobene Komponente wird nach dem Bandpaß loo einem Verstärker llo zugeführt, dem ein Begrenzer 130 nachgeschaltet ist. Dieser Begrenzer 130 verstärkt das Signal in einem festgelegten Amplitudenbereich, das jedoch nicht gesättigt ist, um eine Ubersteuerung der nachfolgenden Schaltungsstufe zu vermeiden.
  • Das Signal wird dann dem Signaleingang 135 des Sample- und Hold-Bausteines 140 zugeführt.
  • Der Sample- und Hold-Baustein 140 tastet das am Signaleingang 135 anstehende Signal ab. Es wird immer dann eine "Signalprobe" bzw. eine Abtastung vorgenommen, wenn am Steuereingang 125 das anstehende Steuersignal des Differenzierers 120 logisch 1 ist. Das am Signaleingang 135 anstehende Signal wird also mittels der um 900 phasenverschobenen Komponente abgetastet; dies führt dazu, daß lediglich logische 1- und logische O-Zustände erfaßt werden; es ist damit sichergestellt, daß nicht an den Flanken des Signals abgetastet wird.
  • Das am Ausgang des Sample- und Hold-Bausteines 140 erscheinende Ausgangssignal 145 wird einem Integrator 150 zugeführt, der innerhalb einer vorgegebenen Integrationazeit das anstehende Ausgangssignal 145 aufintegriert. Wesentlich dabei ist, daß dem Integrator 150 ein Schwellwertschalter 155 nachgeschaltet ist, der das Überschreiten eines bestimmten, vorgegebenan Spannungawertes des aufintegrierten Spannungssignales feststellt. Dem Schwellwertschalter 155 ist ein Verstärker 160 nachgeschaitet, der seinerseits eine Schaitstufe 170 ansteuert. Wird der Schu;ellwertschalter 155 durchgesteuert, d.h. überschrsitet das aufsummisrte Spannungssignal am Ausgang des Integrators 150 eine vorgegebene Schwelle, dann steuert der Verstärker 160 die Schaltstufe 170 an, was zu einer Alarmauslösung am Alarmausgang 180 führt.
  • Wesentliches merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß aufgrund der Integration eines abgetasteten Signales die Integrationsechwelle nur dann überschritten wird, wenn der Sample- und Hold-Baustein 140 ein in den Spannungswerten ungleichförmiges Signal abtastet. Findet beispielsweise im meßfeld keine Bewegung eines Objektes statt , dann ist das am Signaleingang 135 anstehende Signal streng periodisch über eine längere Zeit. Dies bedeutet, daß das um 900 phasenverschobene Signal am Steuereingang 125 des Sample- und Hold-Bausteines 140 abenfalls periodisch ist. Die periodische Abtastung einer periodischen Funktion führt dann dazu, daß das Ausgangssignal 145, das dem Integrator 150 zugeführt wird, genauso viels positivs wie nsgative Spannungsantsile enthält, so daß innerhalb der Integrationszait eine vorgsgebene Spannungsschwelle nicht überschritten wird.
  • Bewegt sich im Gegensatz zur obenstehenden Beschreibung ein Objakt im meßfeld, dann wird in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Objektes in Bezug zum Empfänger eins nicht periodische Funktion erzeugt; ebenso steht dann am Signaleingang 135 und am Steuereingang 125 ein nicht periodisches Steusr-und Abtastungssignal an. Bei dem nichtperiodischen Signal, das am Ausgang des Sample- und Hold-Bausteines 140 erscheint, überwiegen entweder die positiven oderdie negativsn Spannungsanteile. Überschreitet dann das am Ausgang des Integrators 150 erscheinende integrierte Spannungssignal einen bestimmten Pegel, so wird Alarm ausgslöst. Wesentlich dabei ist, daß kurzzeitigs Bewegungen und/oder Bewegungen mit schneller Richtungsumkehr zu keiner Überschreitung der Integrationsschwelle führen, da die am Eingang des Integrators 150 anstehenden Spannungsanteile sich zumindest teilweise gegenseitig aufheben.
  • Weitere wesentliche merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand eines detaillierten Schaltbildes gemäß der Fig. 2.1 und 2.2 in Verbindung mit den Diagrammen der Fig. 4.1 bis 4.5 (dem Ssnder in Fig. 3 zugeordnet)und in Verbindung mit den Diagrammen der Fig. 5.1 bis 5.18 (dem Empfänger 30 in Fig. 2.1 und Fig. 2.2 zugeordnet) beschrieben.
  • Im oberen Teil der Fig. 2.1 ist der piezoelektrische Schwinger XA dargestellt, dessen empfangenes Echosignal wird einem Vorverstärker T1 zugeführt. In Fig. 5.1 ist das am Punkt 6 empfangene Echosignal graphisch dargestellt. Dis Hüllkurve 24 des Echosignals ist dabei durch Schwebungsfrequenzen bedingt, die durch den Doppler-Effekt zustandekommen. Über den Emitterfolger T2 wird das Signal in seiner Impsdanz den nachfolgenden Stufen angepaßt. Am Punkt 7 wird das Signal noch durch die Drossel L1 geglättet. mit den Stufen der Transistoren T2 und T3 ist eine Filterung und Verstärkung gegeben, die störende Frequenzen ausfiltern sollen. Das am Punkt 8 sich ergebende Spannungssignal ist in Fig. 2 dargestellt. Das Echosignal 45 wird einer Phasenschieber-Schaltung zugeführt, wobei gleichzeitig eine Austastung der Frequenzkomponente des Senders erfolgt. Die Phasenverschiebung des Signals erfolgt über den Kondensator C10. Das über den Widerstand R13 gelangende Signal wird nicht phasenverschoben. Die Austastung des Sendesignals erfolgt über die Leitung Y1, über die die Sendefrequenz eingespeist wird. Die Sendefrequenz wird aus dem in Fig. 3 dargestellten Sender am meßpunkt 5 abgeleitet. Die Transistoren T4 und T5 tasten das Sendesignal aus. mit dem Widerstands-Kondensatornetzwerk C14, R18, C16 bzw. C17,R19, C18 sind BAndpässe loo dargestellt, die noch Reste des SEndesignals entfernen. An den Meßpunkten 9 und lo liegen also jetzt zwei in Bezug zueinander um 9o0 phasenverschobene Echosignale vor, die von der SEndefrequenz befreit sind.
  • Mit den nachgeschalteten Verstärkern IC1 und IC2 werden die Signalspannungen verstärkt und u.a. auch verbleibende Brummspannungen aufintegriert, so daß sie bei der nachfolgenden Auswertung nicht mehr stören können. Die Spannungsverläufe an den Meßpunkten 11 und 12 sind in den Fig. 5.3.1 und 5.3.2 näher dargestellt. Die Spannungssignale sind identisch, jedoch um 900 zueinander phasenverschoben. Das nicht phasenverschobene Signal wird auf der Leitung 80 einem weiteren integrierenden Verstärker zugeführt, der eine noch weitergehende Signalverstärkung vornimmt. Das am Meßpunkt 14 anstehende Spannungssignal ist in Fig. 5.4.2 dargestellt, während das um 9o0 phasenverschobene Signal auf der Leitung 9o einem identischen integrierenden Verstärker zugeführt ist. Dieses Signal ist am Meßpunkt 13 in Fig. 5.4.1 dargestellt.
  • Das nicht phasenverschobene Signal wird nach dem IC3 einem Begrenzer IC4 (130) zugeführt, der mit Hilfe von antiparallel geschalteten Dioden Dl, D2 den Signalpegel auf + 1,5 Volt anhebt bzw. begrenzt.
  • Das um 900 phasenverschobene Signal wird nach dem Meßpunkt 13 einem Schmitt-Trigger IC 6 (115) zugeführt, der seinerseits einen Differenzierer IC7 (120) ansteuert. Die Differentation wird durch den Kondensator C26 vorgenommen.
  • Im Übergang von Fig. 2.1 auf Fig. 2.2 wird das nicht phasenverschobene Signal auf der Leitung I dem Signaleingang 135 eines Sample- und Hold-Bausteines 140 zugeführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Sample- und Hold-Baustein 140 durch einen Transistor T6 realisiert, an dessen Steuereingang das Signal des meßpunktes 16, d.h. der Ausgang des Differenzierers 120 (Leitung II) anliegt. Das nicht phasenverschobene Signal wird dann über den Signaleingang 135 mit Hilfe des Transistors T6 in Abhängigkeit von dem Signal am Steuereingang 125 abgetastet.
  • In der Fig. 5.1 ist die Darstellung eines Echosignales gegeben, das sich ergibt, wenn sich ein Objekt m mit der Geschwindigkeit F um die Strecke s innerhalb des meßfeldes von dem Punkt a zum Punkt b bewegt. In der Fig. 5.6 ist ein ähnlicher Fall dargestellt, nur bewegt sich hier das rneßobjekt m mit einer anderen Geschwindigkeit. In Fig. 5.8 ist das sich am meßpunkt 17 ergebende Signal dargestellt. Dieses Signal unterscheidet sich von den Signalen der Abbildungen 5.5 und 5.6 nur um die Phasenverschiebung von 900.
  • In den Abbildungen der Fig. 5.7.1 und 5.7.2 sind die Verhältnisse vor und nach dem Differenzierer 120 dargestellt.
  • Aus dem am Ausgang des Schmitt-Triggers 115 (IC6) anstehenden Digital-Signals werden durch den Differenzierer 120 Nadelimpulse (meßpunkt 16) gebildet.
  • In Fig. 5.8 (meßpunkt 17) ist die durch die Nadelimpulse der Fig. 5.7.2 abgetastete Kurve dargestellt. Es sai darauf hingewiesen, daß die Zeitachsen der Abbildungen nicht übereinstimmen; insbesonders ist die Zeitachse der Fig. 5.9, die nachfolgsnd besprochen wird, wesentlich länger als die Zeitachse der Fig. 5.8.
  • Das am Ausgang des Sample- und Hold-Bausteines erscheinende Ausgangssignal 145 ist in Fig. 5.9 (meßpunkt 18) dargestellt.
  • In der oberen Hälfte der Abbildung ist die Kurvenform gezeigt, die sich ergibt, wenn sich ein msßobiekt m in Richtung auf den Empfänger mit veränderlicher Geschwindigkeit zubswsgt.
  • In der unteren Hälfte der Abbildung der Fig. 5.9 ist der gleiche Fall gezeigt, wenn sich das iYießobjekt m vom Empfänger mit veränderlicher Geschwindigkeit fortbewegt.
  • Diese treppenförmige Signalform wird von dem Integrierer 150 (IC8) aufintegrisrt, wobei sich dann am Ausgang des Integrators 150 am Meßpunkt 19 eine in Fig. 5.10 dargestellte Kurvenform ergibt, wenn sich einmal das meßobjekt auf den Empfänger zubewegt und zum anderen, wenn sich das meßobjekt vom Empfänger fortbewegt. Die Integrationszeitkonstante des Integrators wird durch den Kondensator C30 bestimmt und durch den Kondensator C29. Die abfallende Kurve, d.h. die von einem maximalwert auf den Nullpunkt zurückgehende Spannung wird durch die Entladungszeitkonstante des Kondensators C27 bedingt.
  • Dem Integrator 150 (IC8) sind zwei verschieden polarisierte Schwellwertschalter 155 nachgeschaltet. Der Schwellwertschalter, der aus dem IC9 gebildet ist, gibt dem Integrator 150 eine positive Spannungsschwells vor, bei deren Überschreitung der Schwellwertschalter IC9 durchschaltet (siehe Abbildung 5.11 in Vergleich zu 5.12). Der aus dem IC10 gebildete Schwellwertschalter gibt dem Integrator 150 eine negative Spannungsschwelle vor, bei deren Überschreitung der Schwellwertschalter IC10 durchgeschaltet wird (vgl.
  • Abbildung 5.13 und Abbildung 5.14).
  • Die Ausgangssignals der Schwellwertschalter 155 an den meßpunkten 20 und 21 werden einem Verstärker IC11 zugeführt, der entsprechend des Integratorsignales am meßpunkt 19 eine in Abbildung 5.16 dargestellte Kurvenform erzeugt. Dies bedeutet, gemäß der Kurvenform in Fig. 5.16, daß eine Vorwärts-und Rückwärts-Bewegung eines meßobjektes in Bezug zum Empfänger bei der Alarmauslösung gleichrangig behandelt wird.
  • Der Verstärker IC11 stsuert eine Schaltstufs an, die ihrerseits ein Relais ansteuert, das dann dan Alarm auslöst. Die am Relais (Meßpunkt 23) anstehende Kurvenform ist in Fig.
  • 5.17 dargestellt. Der Verstärker IC11 steuert parallel eine Leuchtdiode D6 an, deren Signalspannung in Abhängigkeit vom Schaltzustand in Fig. 5.18 dargestellt ist. Die Leuchtdiode D6 zeigt vorteilhaft bei Montage- und Service-Gelegenheiten den Schaltzustand des Alarmgebers an. Wesentlich dabei ist, daß die Ansprechachwelle der Schwellwertschalter 155 durch Hinzufügen oder Kurzschließen von Dioden, die in Serie zu den Dioden D4, D5 geschaltet sind, möglich ist. Ebenso ist die Integrationszeitkonstante des Integrators einstellbar, indem die Kapazität des Kondensators C3O veränderlich ist.
  • Auf diese Weise können die Parameter, welche die Auslössschwelle derAlarmaniage bestimmen, beliebig eingestellt werden.
  • Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 3 noch das Schaltbild des Senders dargestellt. Des Schaltbild zeigt eine Oszillatorschaltung mit dem piezoelektrischen Schwinger X2.
  • Die am meßpunkt 1 anstehende Kurvenform ist in der Abbildung Fig. 4.1 dargestellt, während das durch den Transistor TB mit Hilfe der Vorspannung U-gskappts Signal am meßpunkt 2 in Fig. 4.2 dargestellt ist. Fig. 4.3 bis Fig. 4.5 zeigen die Spannungsverläufe an den meßpunkten 3 bis 5. Wesentlich ist, daß am meßpunkt 5 ein Sendesignal ausgekoppelt wird das über den Eingang #1 dem Empfänger zugeführt wird und dort zur Austastung des Sendesignals in der ffiischstufa 70 verwendet wird.
  • Patentansprüche

Claims (11)

  1. Patentansprüche 1. Ultraschall-Alarmanlage mit wenigstens einem Sender, der ein zu uberwachendes rneßfeld bestrahlt und einen Empfänger, der die aus dem Ineßfeld reflektierten Echosignale empfängt, in nachfolgenden Empfängerstusn das Sendesignal austastet und das Echosignal aufbereitet, wobei mit der Bewegung eines Objektes im Meßfeld eine Frequenzverschiebung des Echosignals erfolgt (Doppler-Prnzip) und im Empfänger als Kriterium zur Alarmauslösung verwendet wird, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Echosignal (45) in zwei zueinander phasenverschobene Komponenten zerlegt wird und die eine Kompotente differenziert (Differsnzierer 120) am Steuereingang (125) eines Sampls- und Hold-Bausteines (140) anliegt und daß die andere Kompcnente am Signaleingang (135) des S.u.H.-Bausteines (140) anliegt, wobei der Signalausgang (145) des S.u.H.-Bausteines (140) einem Integrator (150) zugeführt ist, der das Signal innerhalb einer vorgebbaren Intsgrationszeit aufintsgriert und einem nachgeschalteten Schwellwertschalter (155) zuführt, der bei Überschreitung einer vorgebbaren Schwelle die Alarmauslösung herbeiführt.
  2. 2. Ultraschall-Alarmanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k s n n z e i c h n e t , daß die zwei zueinander phassnverschobenen Komponenten nach der Austastung des Sendesignals (mischer 70) jeweils Bandpässen (100) zugeführt sind, die eine Filterung noch verbliebener Sendesignalkomponenten ausführen.
  3. 3. Ultraschall-Alarmanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die am Signaleingang (135) des S.u.H,-Bausteines anliegende Komponente des Echosignals mittels eines vorgeschalteten Verstärkers (110) und Bsgrenzers (130) in ein digitales Signal umgewandelt wird.
  4. 4. Ultraschall-Alarmanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sender (60) und der Empfänger (30) im gleichen Gehäuse angsordnet sind, wobei der piezoelektrische Schwinger (X2) des Senders (60) im Abstand vom piezoelektrischen Schwinger (X1) des Empfängers (30) auf der gleichen Schaltungsplatine angeordnet sind.
  5. 5. Ultraschall-Alarmanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Begrenzer (130) positivs und negative Spannungsanteile in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Objektes im msßfsid zum Empfänger hin erzeugt.
  6. 6. Ultraschall-Alarmanlage nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß der Integrator (150) sowohl negative als auch positive Spannungsanteile aufsummiert.
  7. 7. Ultraschall-Alarmanlage nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die positivan und negativen Signale am Ausgang (Punkt 19) des Integrators (150) gstrennt angeordneten und polarisierten Schwellwertschaltern (155) zuführbar sind.
  8. 8. Ultraschall-Alarmanlage nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausgänge (Punkt 20, 21) der Schwellwertschalter (155) am Eingang eines Verstärkars (IC11) zusammen geführt sind.
  9. 9. Ultraschall-Alarmanlage nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß am Alarmausgang (180) eine Leuchtdiode (D6) angeschlossen ist, welche die Funktion der Alarmanlage anzeigt.
  10. 10. Ultraschall-Alarmanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ansprechschwelle der Schwellwertschalter (155) einstellbar ist.
  11. 11. Ultraschall-Alarmanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Integrationszeitkonstante des Integrators (150) einstellbar ist.
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DE102012218195A1 (de) * 2012-10-05 2014-04-10 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Objekts
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