DE2646160A1

DE2646160A1 - Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung schalleitender medien

Info

Publication number: DE2646160A1
Application number: DE19762646160
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl Phys Koepfli; Alois Ing Grad Zetting
Original assignee: Cerberus AG
Current assignee: Cerberus AG
Priority date: 1975-12-08
Filing date: 1976-10-13
Publication date: 1977-06-23
Also published as: JPS6016000B2; US4142188A; US4225859A; JPS5271999A; GB1517628A; DE2646160C2

Description

Drt.'iNG. V.'OL>;-. _H. ^ARTECS

DR.-iNG. HELD. DIPL.-PHYS. WOLFF

7 STUTTGAKT 1. LAMGE STRAS3E 51

L· Reg.-Nr. 125

Unsere Ref.: 33 09src

CERBERUS AG ' Männedorf (Schweiz)

Verfahren und Vorrichtung zur Ueberwachung schalleitender Medien

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ueberwachung schalleitender Medien, bei welchem an das schalleitende Medium Schallschwingungen abgegeben werden und Schallschwingungen ab dem ■ -■^Medium aufgenommen werden, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung und eine Anwendung des Verfahrens.

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Unter Schallschwingungen werden dabei Schwingungen in jedena Frequenzbereich verstanden, in welchem eine Uebertragung durch das überwachte Medium möglich ist, insbesondere jedoch Schwingungen im Ultraschallbereich.

Als schalleitende Medien können hierbei beliebige feste Gegenstände dienen, z.B. Glasscheiben oder metallische Wände. An diesen ist wenigstens ein Schwingungsgeber angebracht, welcher Körperschall vorzugsweise im Ultraschallbereich an die Glasscheibe oder Metallwand abgibt. An einer anderen Stelle ist wenigstens ein Schwingungsaufnehmer angebracht, der die durch die Scheibe, Wand oder Fläche übertragenen Ultraschallschwingungen aufnimmt. Mit dem Schwingungsaufnehmer ist eine elektrische Auswerteschaltung verbunden, welche ein Signalgerät steuert. Der Schwingungsaufnehmer kann dabei an einer beliebigen, anderen Stelle angebracht sein, z.B. auch unmittelbar benachbart mit dem Schwingungsgeber. In einer speziellen Vorrichtung kann der Schwingungsgeber auch gleichzeitig als Schwingungsaufnehmer dienen.

Vorrichtungen dieser Art können beispielsweise zum Einbruchschutz von Schaufenstern, Vitrinen oder Tresorräumen dienen.- Als sehallleitendes Medium dienen hierbei die Glasscheiben oder Tresorwände. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung zum Schutz flächenhafter Objekte beschränkt, sondern kann in gleicher Weise zum Schutz oder zur Ueberwachung beliebiger schalleitender Medien

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benutzt werden, z.B. von in Museen oder Vitrinen ausgestellten Gegenständen, von Umzäunungen oder als Ultraschallraumschutz, wobei der Gegenstand selbs^das Material der Umzäunung oder die in einem Raum befindliche Luft als schalleitendes Medium dient und irgendwelche Aenderungen in diesem Raum zu einer Veränderung des Schallfeldes führen. -

Eine durch die deutsche Offenlegungsschrift 1 913 161 bekannte Ueberwachungsanordnung beschreibt bereits die Uebertragung von Körperschall im Ultraschallbereich an die'überwachenden Objekte. Der an der Messstelle ankommende Ultraschall wird registriert und bei einer Amplitudendämpfung wird ein Alarmgerät betätigt. Eine Alarmgabe erfolgt jedoch nicht nur bei einer Zerstörung des Objektes, sondern ebenfalls schon bei einer Berührung. In der Praxis, z.B. bei Schaufensterscheiben, wo eine zufällige Berührung häufig nicht zu vermeiden ist, würde das zur häufigen Auslösung eines Fehlalarmes führen.

Bei einem weiteren, bekannten Verfahren nach der deutschen Offenlegungsschrift 2 056 015 wird ein geschützter Gegenstand, speziell eine Glasscheibe, durch einen Schwingungsgeber in Resonanzschwingung versetzt und die Schwingung durch einen Schwingungsempfänger abgegriffen. Auch hier wird bei einer Amplitudenänderung ein Alarmsignal ausgelöst. Wiederum ist nachteilig, dass eine Amplitudenänderung und damit eine Alarmauslösung nicht nur bei Beschädigung

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der Scheibe, sondern schon bei einer Berührung auftritt. Weiterhin ist nachteilig, dass sich die Resonanzstellen einer Glasscheibe auch bei Temperaturänderungen verschieben oder bei einer Benetzung einer Oberfläche durch Regen. Auch hierdurch ändert sich die Schwingungsamplitude,ohne dass ein echter Alarm vorliegt.

Im Schweizer Patent 557 068 ist bereits ein Verfahren beschrieben, bei welchem diese Nachteile grösstenteils vermieden werden. Dabei wird die Erkenntnis benützt, dass das überwachte Medium in einem bestimmten Frequenzbereich dicht nebeneinander liegende Resonanzstellen aufweist. Zur Auswertung wird das sogenannte Gruppenlaufzeitphänomen herangezogen, welches dadurch zustande kommt, dass im Bereich einer Resonanzstelle die Zeitdifferenz eines den Schallschwingungen überlagerten Modulations signale s zwischen Empfänger und Geber sich ausserordentlich stark schon bei geringfügigen Aenderungen der Resonanzfrequenz ändert. Dadurch können bereits geringfügige Beschädigungen des Mediums, welche bereits zu einer starken Verschiebung des Resonanzspektrums führen, nachgewiesen werden, bei einer Berührung tritt jedoch kein Fehlalarm ein.

Nachteilig ist hierbei, dass die benützte Trägerfrequenz relativ genau so eingestellt werden muss, dass sie in einem Frequenzbereich zu liegen kommt, wo Resonanzstellen dicht beeinander liegen. Dies ist in der Praxis häufig schwierig zu erreichen, besonders wenn die

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Installation nicht durch speziell geschultes Personal erfolgen · kann.

Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der genannten Nachteile, insbesondere die Schaffung eines funktionssicheren, störunanfälligen Ueberwachungs- und Schutzverfahrens mittels Schallübertragung im überwachten Medium mit verminderter Fehlalarmanfälligkeit, welches auf einfachere Art installiert und eingestellt werden kann, ohne dass ein Empfindlichkeitsverlust zu befürchten ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der abgegebenen Schallschwingungen periodisch einen bestimmten Frequenzbereich durchläuft, dass der Phasen- bzw. Amplitudenverlauf der aufgenommenen Schallschwingungen bei einem Frequenzdurchlauf mit dem Phasen- bzw. Amplitudenverlauf bei einem vorhergehenden Durchlauf verglichen wird und dass bei vorgegebenen Abweichungen der beiden Phasen- bzw. Amplitudenverläufe voneinander ein Alarmsignal ausgelöst wird.

Eine erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen durch eine Einrichtung zur periodischen, stetigen Veränderung der Frequenz gesteuerten, an das überwachte Medium Schallschwingungen abgebenden Schallgeber, durch einen die durch das überwachte Medium übertragenen Schal!schwingungen periodisch aufnehmenden und in ein elektrisches Signal umwandelnden Schallaufnehmer und durch eine Auswerteschaltung, welche dazu eingerichtet ist, den-Phasen- bzw. Amplitudenverlauf der aufgenommenen Schallschwin-

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gungen bei einer Empfangsperiode mit dem Phasen- bzw. Amplitudenverlauf bei einer früheren Periode zu vergleichen und bei einem vorbestimmten Unterschied des Phasen- bzw. Amplitudenverlaufs der beiden Perioden eine Alarmeirurichtung anzusteuern.

Da bei diesem. Verfahren a!:so ein ganzer Frequenzbereich periodisch überstrichen wird, ist die genaue Einstellung auf bestimmte Resonanzstellen nicht mehr nötig, solange der Frequenzbereich wenigstens eine oder mehrere solcher Resonanzstellen enthält oder dass durch Reflexion * und deren Interferenz Amplituden- und Phasenschwankung entfällt. Trotzdem ist die sichere Funktion gewährleistet, da bereits bei einer geringfügigen Beschädigung oder Aenderung im Medium sich die Resonanzstellen verschieben und diese Verschiebung bei der Auswertung sicher festgestellt werden kann.

Anhand der Figuren 1 und 2 wird das erfindungsgemäs se Verfahren anhand von zwei Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemässen Vorrichtung beschrieben

.In der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung sind an dem schallleitenden Medium 1, z.B. einer Glasscheibe oder Tresorwand, ein Schallgeber 2 und ein separater Schallempfänger 3 angebracht. Beide können beispielsweise als handelsübliche piezoelektrische Elemente aufgebaut sein. Der Schallgeber 2 wird von einem Oszillator 4 mit regelbarer Schwingungsfrequenz gesteuert. Die Frequenz dieses Oszillators 4 wird von einem Spannungsgeber 5 gesteuert, welcher beispielsweise als Kippspannungs-

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generator mit einer bestimmten Periode ausgebildet ist. Dabei durchläuft die Frequenz des Oszillators 4 stetig einen bestimmten Schwingungsfrequenzbereich und springt am Ende einer Durchlaufperiode wieder auf den Anfangswert der Frequenz zurück, worauf sich der Vorgang periodisch wiederholt.

Da für die spätere Auswertung eine Synchronisation erforderlich ist, ist es zweckmassig, den Kippspannungsgenerator 5 durch einen Taktgeber 6 über einen Frequenzumsetzer 7 in einem festen Verhältnis zur Taktfrequenz zu steuern.

Die vom Schwingungsempfänger 3 aufgenommenen Schwingungen werden in ein elektrisches Signal umgesetzt, welches von einem Gleichrichter gleichgerichtet wird. Der damit verbundene Tiefpass 9 bildet aus dem gleichgerichteten Signal die Enveloppe, wobei der Trägerfrequenzbereich des Oszillators 4 eliminiert wird, so dass am Ausgang des Tiefpasses nur noch das Resonanzspektrum des übertragenden Mediums 1 erscheint, welches sich periodisch mit jedem Durchlauf wiederholt, solange sich am oder im Medium 1 nichts verändert hat.

Bei der folgenden Auswertung werden die Amplituden- oder Phasenspektren in verschiedenen Durchlaufperioden miteinander verglichen. Dies kann sowohl"analog; wie auch digital erfolgen, z. B. indem die Resonanzkurve in einen Speicher eingegeben wird und das gespeicherte Signal bei der

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nächstfolgenden Durchlaufperiode abgerufen und mit dem direkten Signal verglichen wird. Der Speicher kann beispielsweise als Analogspeicher ausgeführt sein.

In der Schaltung nach Figur 1 wird dieses Verfahren jedoch in digitaler Weise durchgeführt, indem zunächst das Ausgangssignal des Tiefpasses 9 einem Schwellenwertbildner 10 zugeführt wird, welcher die Kurve in ein Rechtecksignal uinsezt, welches einerseits direkt dem Eingang eines Exklusiv-Oder-Tores 11 zugeführt wird, andererseits jedoch in ein Schieberegister 12 eingegeben wird, dessen Weiterschaltung durch den Taktgeber 6 gesteuert wird. Da die Periode des Kippgenerators 5 in einem festen Verhältnis zum Taktabstand des Taktgebers 6 steht, erscheint am Ausgang des Schxeberegisters stets ein um genau eine Periode verschobenes Signal, welches dem anderen Eingang des Exklusiv-Oder-Tores 11 zugeführt wird. Am Ausgang des Tores 11 tritt daher nur dann ein Signal auf, wenn sich zwischen den Resonanzkurven bei einem Frequenzdurchlauf Unterschiede zum vorhergehenden Durchlauf gezeigt haben. Dabei ist zu bemerken, dass das Schieberegister 11 auch so gesteuert werden kann, dass das direkte Signal mit dem zweitletzten, drittletzten, usw. Durchlauf verglichen wird. Statt eines Schwellenwertschalters 10 kann auch ein Analog-Digital-Wandler vorgesehen sein.

Das Ausgangssignal der Torschaltung 11 steuert eine JK-Flip-Flop-Schaltung 13, die ebenfalls vom Taktgeber 6 getaktet wird. Am Ausgang des Flip-Flop 13 treten daher in diesem Takt. Ausgangsimpulse auf, soweit sich die verglichenen Signale unterscheiden, wobei gleichzeitig

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die durch die Digitalisierung entstehenden Schaltfehler eliminiert werden. Diese Ausgangs impulse werden nun einem Zähler 14 zugeführt, welcher mit dem Ausgang des Umsetzers 7 so verbunden ist, dass er nach jeweils einem Frequenzdurchlauf zurückstellt. Der Zähler 14 ist so eingerichtet, dass er ein Aus gangs signal an eine Alarmeinrichtung 15 abgibt' wenn die Anzahl der in einer Durchlaufperiode gezählten Impulse eine vorgegebene Zahl k übersteigt.

Bei der in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten Schaltung können sämtliche Bauteile als handelsübliche, integrierte Schaltungen ausgeführt sein.

Figur 2 zeigt das Schaltbild einer weiter verbesserten Überwachungsvorrichtung. Dabei sind die zum ersten Ausführungsbeispiel analogen Bauelemente mit gleichen Ziffern bezeichnet.

Wiederum ist am überwachten Medium 1 ein Schwingungssender 2 und ein Schwingungsempfänger 3 angebracht. Der Sender 2 wird von einem Oszillator 4 gespiesen, dessen Frequenz von einem Taktgeber 6 über einen Frequenzumsetzer 7 und einen Integrator zur Formung der Steuerspannung 5 derart gesteuert, dass die Schwingungsfrequenz des Oszillators 4 einen bestimmten Bereich stetig hin und her überstreicht.

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Das Ausgangssignal des Aufnehmers 3 wird wiederum über einen Gleichrichter 8 und einen Tiefpass 9, an dessen Ausgang das Spektrum des Mediums 1 erscheint, einem als Schwellenwertdetektor und Impulsformer wirkenden Schmitt-Trigger zugeführt. Dabei wird die Hysterese-Wirkung, d. h. die leicht unterschiedlichen Schwellenwerte bei Ueb er schreitung und Rückstellung dazu ausgenutzt, um kleine zufällige Schwankungen

zu eliminieren.

Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers wird auf zwei Pfaden weiterverarbeitet, und zwar zunächst über die aus zwei Schieberegistern 16 und 17 und zwei Umschaltern 18 und 19 bestehende Vergleichsschaltung. Durch die Verwendung von zwei Schieberegistern ist es möglich, anstatt ein Signal mit dem jeweils unmittelbar folgenden wie im ersten Beispiel zu vergleichen, ein Signal über eine bestimmte Zeit festzuhalten, um kurzzeitige Störungen zu überbrücken. Beide Schieberegister 16 und 17 werden gleichzeitig durch den Taktgeber 6 weitergeschaltet. Die Umschalter 18 und 19 befinden sich jeweils in der entgegengesetzten Position und werden durch den Ausgang des Frequenzteiles 7 am Ende jeder Periode in die entgegengesetzte Stellung geschaltet und zwar so, dass jeweils das· Signal in das eine Schieberegister eingelesen wird, während es aus dem anderen abgenommen wird. Das abgenommene. Signal wird wieder einem Exklusiv-Oder-Tor 11 zugeführt, dessen anderer Eingang das Ausgangs signal des Schmitt-Triggers 10 direkt erhält. Am Ausgang des Exklusiv-Oder-Tores 11 erscheint daher nur dann ein Signal, wenn das direkte Signal vom zweitvorletzten ver-

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schieden ist. Der nachgeschaltete JK-Flip-Flop dient wiederum zur Unterdrückung der Schaltfehler bei der Digitalisierung.

Zur weiteren Verbesserung der Fehlalarmsicherheit und zur Unterdrückung kurzzeitiger Störungen sind in diesem zweiten Beispiel zwei Zähler 20 und 22 zur Verarbeitung des Ausgangssignales des Flip-Flop hintereinanderg es ehaltet. Der erste Zähler 20 wird über ein Verzögerungsglied 21, dessen Zeitkonstante genau der Frequenzperiode des Integrators 5 entspricht, vom Ausgang des Spannungsteilers 7 angesteuert, so dass seine Anzeige jeweils nach der Frequenzperiode gelöscht wird. Nur wenn dieser Zähler 20 während einer Periode mehr als Ki Impulse registriert hat, gibt er ein Ausgangs signal an den zweiten Zähler 22 weiter. Dieser zweite Zähler 22 wird nun über einen weiteren Frequenzteiler 23 so getriggert, dass seine Rückstellzeit ein Vielfaches der Rückstellzeit des ersten Zählers 20 beträgt. Erst wenn der zweite Zähler 22 vom ersten Zähler 20 innerhalb dieser längeren Rückstellzeit eine bestimmte Anzahl von Impulsen K2 erhalten hat, wird ein Signal an die erste oder interne Alarmeinrichtung 24 weitergegeben und über ein Oder-Tor 26 der externen Alarmeinrichtung 25 zugeführt. Damit wird zunächst erreicht, dass kurz dauernde Störungen, deren Dauer die Rückstellzeit des zweiten Zählers 22 nicht wesentlich überschreitet, nicht zu einem Alarm führen, sondern nur länger andauernde Veränderungen.

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Um jedoch auch schnell erfolgende Beschädigungen oder Zerstörungen des geschützten Mediums, z.B. das plötzliche Zerschlagen einer Glasscheibe, registrieren zu können, ist eine Blockiereinrichtung für die Umschalter 18 und 19 vorgesehen, welche über einen weiteren, vom Ausgang des ersten Zählers 20 angesteuerten JK-Flip-Flop 28 erfolgt. Sobald am Ausgang des Zählers 20 ein Signal erscheint, wird die F lip-Flop-Schaltung 28 gesperrt, so dass die periodische Umschaltung der Schalter 18 und 19 nicht mehr stattfinden kann und der momentane Wert des Ausgangssignales des Schmitt-Triggers 10 in der Folge fortlaufend mit einem der beiden Schieberegister 16 oder 17 verglichen wird. Hält nun die Veränderung im Medium, d. h. das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 10 länger an als die Rückstellzeit des zweiten Zählers 22, so wird durch die interne Alarmeinrichtung 24 ein in der Steuerleitung des Flip-Flop 28 angeordneter, steuerbarer Schalter 29 geöffnet, so dass die Vorrichtung wieder betriebsbereit ist. Inzwischen ist jedoch bereits das externe Alarmgerät 25 betätigt worden.

Zur Selbst üb erwachung der Funktion und zur Meldung unbefugter Eingriffe, d. h. zum Sabotageschutz, wird das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 10 auf dem zweiten Auswertekanal einer monostabilen Schaltung 27 zugeführt, deren Rückstellzeit grosser ist als der Impulsabstand des Taktgebers 6. Falls also das Aus gangs signal des Schmitt-Triggers stets den gleichen Wert behält, d. h, wenn keine Amplituden- oder Phasenschwankungen im Medium 1 festgestellt werden, so gibt monostabile Schaltung

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ein Signal ab, das je nach verwendeter Logik direkt oder über einen Inverter 30 dem anderen Eingang des Oder-Tores 26 zugeführt wird. Damit wird erreicht, dass bei jeder Unterbrechung der Signalkette . oder bei falscher Wahl des Frequenzbereiches ebenfalls ein Signal an die Alarmeinrichtung 25 gegeben wird.

Es sei bemerkt, dass anstelle der beschriebenen Amplitudenauswertung auch eine Phasenauswertung benützt werden kann. Dabei ist der Gleichrichter 8 lediglich durch einen Phasendetektor, z.B. einen PLL zu ersetzen. Weiter wird darauf hingewiesen, dass mit dem beschriebenen Verfahren auch mehrere hintereinander geschaltete Medien, z.B. mehrere Glasscheiben überwacht werden können, wobei der Empfänger des einen Mediums jeweils über einen Verstärker mit dem Sender des folgenden Mediums verbunden wird. Es ist auch möglich, verschiedenartige Medien mit einer Vorrichtung zu überwachen, z.B. indem eine Glasscheibe in Serie mit einer Tresorwand geschaltet wird.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Schutz einer Schaufensterscheibe ergab sich eine funktionssichere und fehlalarmunanfällige Vorrichtung, wenn die Schwingungsfre- ' guenz des Oszillators 4 im Bereich zwischen 120 und 180 kHz stetig variiert wurde. Dabei betrug die Periode der Frequenzänderung etwa eine Viertel-Sekunde und die Taktfrequenz des Taktgebers 6 lag in der Grössenordnung von etwa 150 Hz. Es zeigte sich, dass bereits Schieberegister mit\einer Kapazität von 64 bit

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ausreichen, obwohl in den meisten Fällen eine bessere Auflösung empfehlenswert ist. Die Rückstellzeit des Zählers 20 wurde genau

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gleich der Frequenzperiode, d. h.^eine 1/4 Sekunde gewählt, während die Rückstellzeit des Zählers 22 im praktisch realisierten Ausführungsbeispiel etwa 15 Sekunden betrug. Es erwies sich, dass eine mit diesen Daten aufgebaute Vorrichtung zum Schutz von Schaufensterscheiben aller üblichen Grossen geeignet war. Es wurde stets eine genügende Anzahl von Amplituden-oder Phasenspitzen zur Auswertung erfasst, so dass ein sicheres Funktionieren gewährleistet war, ohne dass Aenderungen vorgenommen werden mussten, ζ. B, die Frequenz auf das spezielle Objekt oder Material eingestellt werden musste.

Bei den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden getrennte Schallgeber 2 und Schallaufnehmer 3 verwendet. Das erfindungsgemässe Verfahren beruht jedoch darauf, dass in dem überwachten schalleitenden Medium stehende Wellen erzeugt werden, deren Amplituden- bzw. Phasenänderung mit der Anregungsfreguenz festgestellt wird. Zu diesem Zweck kann der Schallaufnehmer 3 im Prinzip an jeder beliebigen Stelle des Mediums angebracht sein, beispielsweise auch unmittelbar zu dem Schallgeber 2 benachbart. Wie bereits erwähnt, kann der Schwingungsgeber auch gleichzeitig als Schwingungsaufnehmer dienen.

In Figur 3 ist die Schaltung eines solchen Ausführungsbeispieles dargestellt, bei welchem anstelle getrennter Schallgeber und Schallempfänger am Medium 1, z.B. einer Glasscheibe, nur ein

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einziger elektroakustischer Wandler 31 angebracht ist. Dieser kann z.B. ein piezoelektrisches Element enthalten, welches wohl Schallschwingungen abzugeben vermag als auch zur Aufnahme solcher Schwingungen dienen kann. Da in diesem Fall jedoch die abgestrahlten Schallschwingungen um ein Vielfaches intensiver sind als die aufgenommenen Schwingungen ist es notwendig, beide Schwingungen voneinander zu trennen. Dies erfolgt in dem Beispiel dadurch, dass die an das Medium 1 abgegebenen Schwingungen nicht dauernd abgestrahlt werden, sondern nur während kurzer Zeitperioden S, und dass· in den Zwischenpausen R zwischen den Sendezeiten S die Schwingungen vom gleichen Wandler aufgenommen werden. Dabei kann die Sendezeit S jeweils eine Frequenzdurchlaufperiode umfassen, während die Empfangszeit R wenigstens eine Periode umfassen sollte, bevorzugt jedoch um ein Vielfaches grosser ist, um das gesamte ResonanzSpektrum aufzunehmen. Dabei macht man sich die Tatsache zunutze, dass bei einem Frequenzdurchlauf das Signal erst nach einer bestimmten Phasenlaufzeit wieder zum Wandler zurückkommt. Es -hat sich nun gezeigt, dass es möglich ist, die Frequenzdurchlaufperiode S so kurz zu wählen, dass das zurückkommende Resonanzspektrum relativ vollständig in den Zwischenpausen aufgenommen werden kann. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel erfolgte ein Frequenzdürchlauf S_f zwischen 120 und 180 kHz, während grössenordnungsmässig 10 msec. Die Empfangsperiode R lag in der Grössenordnung von einer halben Sekunde.

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Um abgegebene und empfangene Schallschwingungen voneinander zu trennen, ist der elektroakustische Wandler 31 über einen Umschalter' 32, z.B. ein Flip-Flop, mit dem Oszillator 4 mit regelbarer Schwingungsfrequenz verbunden. Die Frequenz dieses Oszillators wird ebenso wie nach dem Beispiel nach Figur 1 von einem Spannungs geber 5 so gesteuert, dass seine Frequenz stetig einen bestimmten Schwingungsfrequenzberexch durchläuft und am Ende einer Durchlaufperiode wieder zum Ausgangswert der Frequenz zurückgeht, worauf sich der Vorgang periodisch wiederholt. Abweichend von Figur ist im Beispiel nach Figur 3 ein weiterer Frequenzumsetzer 33 vorgesehen, welcher ebenfalls vom Taktgeber 6 gesteuert wird. Dieser Umsetzer 33 steuert in vorgegebenen Zeitabständen eine monostabile Flip-Flpp-Schaltung 34, welche bei jedem Impuls den Umschalter 32 in die andere Schaltstellung schaltet. Dabei werden die Schaltzeiten des Umsetzers 31 so gewählt, dass der Umschalter 32 den elektroakustischen Wandler 31 während genau einer Frequenzdurchlaufperiode mit dem Oszillator 4 verbindet und anschliessend während genau einem ganzzahligen Vielfachen einer Frequenzdurchlaufperiode mit der Auswerteschaltung, welche genau analog wie in Figur 1 aufgebaut ist. Das Schieberegister 12 der Auswerteschaltung wird vom Taktgeber 6 nun so gesteuert, dass seine -Schaltperiode genau der Summe der Sendezeit S und der Empfangszeit R entspricht. Da während der Sendezeit jedoch die Empfängerschaltung durch den Umschalter 32 abgetrennt ist, wird bei dieser Auswertung nur das während der Empfangszeit R eintreffende Signal mit dem im Schieberegister

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während eines der" vorhergehenden Durchläufe gespeicherten Signal verglichen. Die Alarmgabe kann daher in genau gleicher Weise erfolgen wie nach dem vorangegangenen Beispiel, da bei der Auswertung das Sendesignal automatisch eliminiert wurde.

Es sei bemerkt, dass statt der Auswerteschaltung nach Figur 1 · in diesem Beispiel auch"eine kompliziertere Auswerteschaltung, wie sie beispielsweise in Figur 2 dargestellt ist, verwendet werden kann. Es zeigte sich jedoch, dass bei der Ueberwachung einer Schaufensterscheibe bereits ein Schieberegister mit einer Kapazität von 64 bit ausreicht, um Veränderungen, z.B. das Bohren eines Loches oder das Abbrechen einer Ecke, sicher nachweisen zu können. Es wurde stets eine genügende Anzahl von Schaltstellungen des Schieberegisters gefunden, die sich bei einer solchen Aenderung an der Glasscheibe geändert hatten, sodass ein sicheres Funktionieren schon bei kleinsten Beschädigungen gewährleistet war. Selbstverständlich kann jedoch eine bessere Auflösung gewählt werden, wenn eine erhöhte Sicherheit erforderlich ist und die erhöhten Kosten zumutbar sind. Bei dem Beispiel nach Figur 4 wird dies dadurch erreicht, dass statt eines Schieberegisters ein Analogspeicher 40 verwendet wird, dessen Ausgangssignal über einen Differenzverstärker 41, einen Multiplikator 44, einen Tiefpass 45 und einen Impulsformer 46 weiter verarbeitet wird. Im Alarmfall tritt ein Differenzsignal auf, das über den Impulsformer 46 in der beschriebenen Art und Weise mittels eines Zählers 14 zur Alarmgabe benützt wird.

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Claims

PATENTAN S P RUECHE

1. Verfahren zur Ueberwachung schalleitender Medien, bei welchem an das schalleitende Medium Schallschwingungen abgegeben werden und vom Medium Schallschwingungen aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der abgegebenen Schallschwingungen periodiseh einen bestimmten Frequenzbereich durchläuft, dass der Amplituden- bzw. Phasenverlauf der aufgenommenen Schallschwingungen bei einer Auswerteperiode mit dem Verlauf bei einer der vorhergehenden Perioden verglichen wird, und dass bei vorgegebenen Abweichungen der beiden Amplitudenbzw. Phasenverläufe voneinander ein Alarmsignal ausgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteperiode gleich der Frequenzdurchlaufperiode ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Amplituden- bzw. Phasenverlauf der aufgenommenen Schallschwingungen während einer Periode mit der unmittelbar vorangegangenen Periode verglichen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Amplituden- bzw. Phasen-verlauf der aufgenommenen Schallschwingungen während einer Periode mit der vorletzten Periode verglichen wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteperiode grosser ist als die Frequenzdurchlaufperiode.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteperiode ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenzdurchlaufperiode ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass periodisch abwechselnd während einer Frequenzdurchlaufperiode Schallschwingungen abgegeben werden, während welcher Zeit die Aufnahme von Schallschwingungen abgeschaltet wird, und während der restlichen Auswerteperiode Schallschwingungen vom Medium aufgenommen werden, während welcher Zeit die Abgabe von Schallschwingungen an das Medium unterbrochen wird.

8. Vorrichtung zur Ueberwachung schalleitender Medien unter Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen von einer Einrichtung (4,5) zur periodischen stetigen Veränderung der Frequenz gesteuerten, an das überwachte Medium (1) Schallschwingungen abgebenden Schallgeber (2, 31) , durch einen, Schallschwingungen aufnehmenden und in ein elektrisches Signal umwandelnden Schallaufnehmer (3, 31) und eine Auswerteschaltung, welche dazu eingerichtet ist, den Amplituden- bzw. Phasenverlauf der aufgenommenen Schallschwingungen bei einer Auswerteperiode mit dem Verlauf bei einer früheren Periode zu vergleichen und bei einem vorbestimmten Unterschied des Amplituden- bzw. Phasenverlaufs der beiden Perioden eine Alarmeinrichtung anzusteuern.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Analogspeicher zur Speicherung des Amplituden- bzw. Phasenverlaufs während einer Auswerteperiode.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch wenigstens ein Schieberegister (12, 16, 17) zur Speicherung des Amplituden- bzw. Phasenverlaufs während einer Auswerte— periode.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, gekennzeichnet durch ein Exklusiv-Oder-Tor CH), deren einer Eingang mit dem Ausgang des einen Schieberegisters (12, 16) verbunden ist, und deren anderer Eingang von einem aus dem Amplituden- bzw.

Phasenverlauf gebildeten Signal direkt oder über ein weiteres Schieberegister (17) angesteuert wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, gekennzeichnet durch einen Umsetzer (10) zur Umwandlung des Amplituden- bzw. Phasenverlaufs in ein digitales Signal.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen-Zähler (14, 20), dessen Eingang das digitalisierte Signal des Exklusiv-Oder-Tores (11) zugeführt wird, und welcher eingerichtet ist, ein Ausgangssignal an eine Alarmeinrichtung

(15) abzugeben, wenn die Zahl der eintreffenden Impulse innerhalb einer vorgegebenen Rückstellzeit eine bestimmte Zahl (k, kl) überschreitet.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgang des Zählers (20) ein weiterer Zähler (22) mit längerer Rückstellzeit angeschlossen ist, welcher eine Alarmeinrichtung (24) ansteuert, wenn die. Zahl der vom ersten Zähler (20) abgegebenen Ausgangssignale innerhalb der Rückstellzeit des zweiten Zählers (24) eine weitere vorgegebene Zahl überschreitet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch zwei Schieberegister (16, 17) und wenigstens einem Umschalter (18) zum wechselweisen Anschluss der Schieberegister mit der Auswerteperiode.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch je einen den beiden Schieberegistern vor- bzw. nachgeschalteten Umschalter (18, 19), welche so angesteuert sind, dass stets gleichzeitig der Eingang eines der Schieberegister und der Ausgang des anderen Schieberegisters eingeschaltet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (28) zur Blockierung der Umschalter (18, 19) vorgesehen ist, welche vom Ausgang des ersten Zählers (20) angesteuert wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (27) zur Ansteuerung der Alarmeinrichtung (25), wenn das vom Aufnehmer abgegebene Signal keine Amplituden- bzw. Phasenschwankungen aufweist.

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19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 — 18, gekennzeichnet durch einen elektorakustischen Wandler (31), welcher gleichzeitig als Schallgeber und Schallaufnehmer dient, durch einen Umschalter 32, welcher periodisch abwechselnd während einer vorbestimmten Zeitdauer (S), einen Oszillator (4) mit stetig veränderlicher Frequenz mit dem elektorakustischen Wandler (31), „verbindet und während einer vorbestimmten Zeit

(R) die Auswerteschaltung mit dem elektroakustxschen Wandler (31) verbindet und den Oszillator (4) abschaltet, wobei die Schaltperiode (S + R) des Umschalters (32) gleich der Auswerteperiode ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Einrichtung (4, 5) zum periodischen Frequenzdurchlaüf als auch eine oder mehrere Speichereinrichtungen (12, 16, 17) der Auswerteschaltung und der Umschalter (32) für den elektroakustischen Wandler (31) , gegebenenfalls über geeignete Frequenzumsetzer vom gleichen Taktgeber (6) gesteuert werden.

21. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 und der Vorrichtung nach Anspruch 2 zum Einbruchschutz.

22. Anwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass als schalleitendes Medium eine Glasscheibe dient.

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23. Anwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass

als schalleitendes Medium eine metallische Tresorwand dient.

24. Anwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass als schalleitendes Medium die in einem Raum befindliche
Luft dient.

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