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Diebstahlschutz-Alarmanlage
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Diebstahlschutz-Alarmanlage zur
Meldung von Markierungskörpern mit bestimmten magnetischen Eigenschaften in einem
Wechselfeld, das durch wenigstens zwei von einem Sender gespeiste Sende-Rahmenantennen
gebildet ist, die einander gegenüberstehend unter Abstand in zueinander im wesentlichen
parallelen Ebenen angeordnet sind.
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Es ist eine Alarmanlage dieser Art bekannt, bei der zwischen Rahmen
ein elektromagnetisches Wechselfeld von 10 kHz erzeugt wird. In diesem Wechselfeld
wird ein Markierungskörper in Form eines etwa 3 mm breiten Metallstreifens aus Permalloy
aufgrund dessen magnetischer Eigenschaften zu Oberwellen der Sendefrequenz erregt.
Diese Oberwellen werden empfangen und zu einem Alarmsignal umgesetzt, das somit
das Vorhandensein des Markierungskörpers in dem überwachten Bereich meldet.
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Der als Markierungskörper verwendete Permalloy-Streifen ist zwischen
Metallplättchen aus magnetisierbarem Metall eingelagert.
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Um den Markierungskörper hinsichtlich der Erzeugung der Ober-
wellen
unwirksam zu machen, werden die Metallnlättchen so magnetisiert, daß der Permalloy-Streifen
in den magnetischen Sättigungszustand kommt und dabei das angelegte Wechselfeld
nicht mehr beeinflußt. Diese bekannte Alarmanlage hat jedoch den Nachteil, daß sie
gegen Störeinstrahlung relativ empfindlich ist. Ferner ist die Ansprechempfindlichkeit
dieser bekannten Anlage für die Markierungskörper bei deren unterschiedlichen Positionen
innerhalb des Erfassungsbereichs und bei verschiedenen Stellungen der Markierungskörper
sehr stark verschieden, so daß die Sicherheit einer Erfassung beeinträchtigt ist.
Da eine Steigerung der Feldstarse des Wechselfeldes wegen dadurch verursachter Störungen
wie beispielsweise an HerzFchrittmachern nicht möglich und nicht zulässig ist, ergibt
die relativ hohe Störanfälligkeit bei dieser bekannten Alarmanlage eine beträchtliche
Einschränkung des Uberwachungsbereichs.
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Ferner sind Alarmanlagen bekannt, bei denen mittels hodifro$uentr
Wechselfelder die Anwesenheit von Markierungskörpern durch die Auswirkungen von
Resonanz funktionen derselben oder durch Erfassen von Oberwellen ermittelt wird,
die an nichtlinearen ElemPntenwie Dioden in den Markierungskörpern erzeugt werden.
Bei diesen bekannten Alarmanlagen können die Hochfrequenzstrahlungen verhältnismäßig
einfach abgeschirmt werden, so daß die Meldung der Markierungskörper leicht verhindert
werden kann und damit nicht ausreichend gegen Fremdbeeinflussung sicher ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Diebstahlschutz-Alarmanlage
der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch besonders niedrige Störempfindlichkeit
bei hoher Meldungs-Sicherheit auszeichnet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sender von
zwei einander direkt gegenüberstehenden Sende-Rahmenantennen jeweils eine mit einem
modulierten Strom einer
Grundfrequenz und die zweite mit einem modulierten
Strom der doppelten Grundfrequenz unter phasenstarrer Kopplung zur Grundfrequenz
speist, während je eine nahe der Sende-Rahmenantenne angebrachte Empfangs-Rahmenantenne
einen auf eine Oberwelle der Grundfrequenz abgestimmten Empfänger speist, der auf
ein mit der Modulationsfrequenz des Senders moduliertes Signal auf der Oberwelle
der Grundfrequenz durch Alarmangabe anspricht. Bei der derart aufgebauten Alarmanlage
wird durch die Verwendung der modulierten Ströme zur Speisung der Sende-Rahmenantennen
und durch die Auswertung des modulierten Signals zur Alarmabgabe eine außerordentlich
hohe Störsicherheit gegenüber Stötcinstrahlungen erreicht. Zugleich wird durch die
Speisung der Sende-Rahmenantennen mit jeweils dem Strom der Grundfrequenz und dem
Strom der doppelten Grundfrequenz ein zusammengesetztes Wechselfeld erzeugt, das
die Markierungskörper im Erfassungsbereich unabhängig von ihrer Lage und Position
gleichmäßiger erregt, so daß eine weitere Steigerung der Störsicherheit ohne Steigerung
der Feldstärken des Wechselfelds gewährleistet ist. Durch die Abhängigkeit der Alarmabgabe
von der Modulation des Wechselfelds können somit weit stärkere Einstrahlfeldstärken
toleriert werden, da eine Modulierung derselben mit der Modulationsfrequenz des
Senders äußerst unwahrscheinlich ist. Durch die erzielte Gleichmäßigkeit der Erregung
eines Markierungskörpers im Erfassungsbereich ist ferner eine besondere Richtungsempfindlichkeit
für eine Störeinstrahlung vermieden. Mit der erfindungsgemäßen Diebstahlschutz-Alarmanlage
kann somit ein großer Erfassungsbereich störsicher und damit betriebssicher auf
das Vorhandensein von Markierungskörpern überprüft werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß
eine Mehrzahl von Sende-Rahmenantennen zusammen mit Empfangs-Rahmenantennen in einer
Reihe parallel zueinander angeordnet werden. Der Erfassungsbereich der Alarmanlage
kann damit ohne Beeinträchtigung ihrer Störsicherheit beliebig erweitert werden,
da aufgrund der in der Reihenfolge der Anordnung
unterschiedlichen
Speisung der Sende-Rahmenantennen auch bei einer Mehrzahl von Sende-Rahmenantennen
ein gleichmäßiges zusammengesetztes Wechselfeld entsteht. Die Feldstärke des Wechselfelds
und damit der störende Einfluß bzw. die Störweite desselben brauchen dabei nicht
zusammen mit der Erweiterung des Erfassungsbereichs gesteigert zu werden. In dieser
Ausgestaltung ist die Alarmanlage besonders für die Verwendung zum Diebstahlschutz
bei Kaufhäusern geeignet, deren Ausgangsdurchgänge für eine große Anzahl von Kunden
dimensioniert sein müssen.
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Vorzugsweise ist die Sende-Rahmenantenne ein rechteckiger Rahmen,
der auf einer Spitze stehend eine seitliche Begrenzung einer Wechselfeld-Schleuse
bildet. Bei dieser Gestaltung erfolgt die Erregung eines Markierungskörpers von
der Lage desselben nahezu unabhängig und daher besonders gleichmäßig. Für die Gleichmäßigkeit
des Empfangs ist es vorteilhaft, wenn die Empfangs-Rahmenantenne jeweils in der
Ebene der Sende-Rahmenantenne liegt und wenn sie jeweils die gleiche Umfangsform
wie die Sende-Rahmenantenne hat. Die Gleichmäßigkeit des Empfangs aus dem Wechselfeld
ist ferner dadurch begünstigt, daß die Empfangs-Rahmenantenne jeweils zur Sende-Rahmenantenne
koaxial angeordnet ist, und weiterhin dadurch, daß die Empfangs-Rahmenantenne jeweils
innerhalb der Sende-Rahmenantenne in deren Ebene liegt. Dabei liegt ein günstiger
Kompromiss zwischen der Einkopplung von der Sende-Rahmenantenne in die Empfangs-Rahmenantenne
und der wirksamen Aufnahme der Oberwellen durch die Empfangs-Rahmenantenne darin,
daß die Rahmenabmessungen der Empfangs-Rahmenantenne ungefähr 90 % der Rahmenabmessungen
der Sende-Rahmenantenne sind. Zur Unterdrückung von Kapazitiven Einstreuungen ist
vorteilhaft die Empfangs-Rahmenantenne jeweils elektrostatisch geschirmt.
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Hinsichtlich der Sendeleistung ergibt sich eine besonders günstige
Ausbeute dadurch, daß die Sende-Rahmenantenne jeweils einen Bestandteil eines auf
die Frequenz ihres Speisestroms abgestimmten Resonanzkreises bildet. Vorteilhaft
wird der Empfang
von Signalen mit der Grundfrequenz bzw. der doppelten
Grundfrequenz dadurch unterdrückt bzw. gedämpft, daß die Empfangs-Rahmenantenne
einen Bestandteil eines auf die Oberwelle der Grundfrequenz abgestimmten Resonanzkreises
bildet. Damit entsteht schon am Eingang eines jeweiligen Empfängers eine Empfangsselektivität,
die dessen Empfindlicl!keit gegenüber durch Intermodulation aufgenommenen Störsignalen
herabsetzt.
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Hinsichtlich der Bemessung von Bauelementen und der Feldstärke-Höchstwerte,
die postalisch oder auch beispielsweise durch Herztaktgeberhersteller vorgeschrieben
bzw. empfohlen sind, ist es vorteilhaft, daß die Grundfrequenz im Bereich tiefer
Tonfrequenzen liegt, wobei sie zweckmäßig ungefähr 680 erz beträgt. Für die Verarbeitung
des modulierten Signals auf der Oberwelle der Grundfrequenz ist es von Vorteil,
wenn die Modulationsfrequenz im Bereich tiefer Tonfrequenzen unter Ausschluß der
Netzfrequenz und ihrer Jarmonischen liegt.
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Dabei ist eine Modulationsfrequenz von ungefähr 80 Hz in Anbetracht
sowohl beim Empfang auf einfache Weise erzielbarer Bandbreiten als auch der durch
Bewegung eines Markierungskörpers hervorgerufenen Doppler-Frequenzverschiebungen
besonders vorteilhaft. Im Hinblick auf die Belegung der Frequenzbänder sowie auch
auf die mit einfachen Mitteln erzielbare Empfangsselektivität ist es günstig, wenn
die Oberwelle der Grundfrequenz bei ungefähr 20 kHz liegt.
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Eine Übersteuerung des Empfängers und Intermodulations-Empfang wird
vorteilhaft dadurch vermieden, daß zwischen die Empfangs-Rahmenantenne und den Empfänger
wenigstens ein Kerbfilter geschaltet ist, das wenigstens auf die Grundfrequenz und
die doppelte Grundfrequenz abstimmbar ist. Vorteilhaft ist das Kerbfilter durch
RC-Doppel-T-Glieder gebildet. Zur Erleichterung der Verarbeitung des modulierten
Signals auf der Oberwelle der Grenzfrequenz ist der Empfänger vorteilhaft mit einer
Dynamikkompressionsstufe ausgestattet. In weiterer
Ausgestaltung
weist der Empfänger einen Demodulator sowie eine diesem nachgeschaltete Bandpaß-Stufe
für die M.odulationsfrequenz auf. Eine weitere Steigerung an Störunterdrückung erfolgt
dabei zweckmäßig dadurch, daß der Demodulator ein mit der Oberwelle der Grundfrequenz
aus dem Sender direkt gespeister Synchrondemodulator ist. Eine Maßnahme zum Schutz
gegen Netzeinflüsse besteht dabei darin, daß die Bandpaß-Stufe für die Modulationsfrequenz
die Netzfrequenz unterdrückt.
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Störungen in Form von Fehlalarmen durch zufällig außerhalb des eigentlichen
Erfassungsbereichs angeregte Markierungskörper oder durch andere unregelmäßige Störimpulse
werden vorteilhaft dadurch unterbunden, daß der Empfänger mit einem Zähler ausgestattet
ist, der zur Alarmabgabe auf eine vorbestimmte Anzahl von Nulldurchgängen der Modulationsfrequenz
anspricht.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Alarmanlage
für Aufstellungsorte mit besonders starken Störeinstrahlungen besteht darin, daß
der Zähler mittels eines Impulsspitzendetektors rücksetzbar ist, der mit der ausgefilterten
unverstärkten Oberwelle der Grundfrequenz gespeist ist und der bei einer Impulsspitzenspannung,
die höher als eine normale Spannung der Oberwelle ist, ein Rücksetzsignal erzeugt.
Auf diese Weise können sehr hohe Störspitzen, wie sie beispielsweise beim Einschalten
von Leuchtstoffröhren auftreten, hinsichtlich ihrer Einwirkung auf die Alarmabgabe
unterdrückt werden. Vorteilhaft besitzt dabei der Impulsspitzendetektor ein Zeitverzögerungsglied,
das das Rücksetzsignal verlängert, da damit auch einer Störspitze gewöhnlich nachfolgende
Ausschwingspitzen in ihrer Einwirkung auf die Alarmabgabe unterdrückt werden. Da
durch Störspitzen angeregte weitere Störimpulse zumeist von der Höhe der anregenden
Störspitzenspannung abhängig sind, ist es vorteilhaft, wenn die Verlängerungszeit
in dem Zeitverzögerungsglied durch die
Otpulsspitzenspannung steuerbar
ist. 1nf. weitere Ausgestaltung der Alarmanlage für eine weiter verbesserte Unterdrückung
von Fehlalarmen durch Störungen besteht darin, daß cfr Zähler ein UND-Glied für
die Alarmabgabe nachgeschaltet ist, an dem ein Schwellwert-Ausgangssignal eines
Integrators anliegt, der über eine Kippschaltung mit Signalen der ausgefilterten
unverstärkten Oberwelle der Grundfrequenz gespeist ist, deren Spannung eine vorbestimmte
Spannung übersteigt.
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Bei dieser Ausgestaltung führen einzelne Störimpulse, die an dem Zähler
Nulldurchgänge der Modulationsfrequenz vortäuschen, am Ausgang des UND-Glieds keine
Alarmabgabe herbei, da sie aufgrund ihrer geringen Anzahl im Gegensatz zu der hohen
Anzahl von Impulsen bei einer als Alarmkriterium zu bewertenden Oberwelle nicht
den Schwellwert in dem Integrator aufbauen können, mit dem das UND-Glied durchgeschaltet
werden würde. Ferner ist es zum Ausschalten der Einwirkungen von Störimpulsen vorteilhaft,
wenn der Zähler periodisch in vorbestimmten Zeitabständen rückgesetzt wird. Damit
wird vermieden, daß zufällig bis zu dem Zähler gelangende Störimpulse über eine
längere Zeitdauer den Zähler auf den Zählstand für die Alarmabgabe bringen.
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Bei der erfindungsgemäßen Alarmanlage ist es hinsichtlich der Markierungskörper
vorteilhaft, wenn für die Markierungskörper ein ferromagnetisches Material verwendet
ist, das normalerweise eine ausgeprägt rechteckige magnetische nysteresekurve hat.
Mit einer derartigen Kurve ändert sich der Magnetfluß durch das Material besonders
stark, so daß die Oberwellenerzeugung bei der Erregung begünstigt ist. Dabei ist
es für das "Entschärfen" der Markierungskörper, d. h. dem Unkenntlichmachen" der
Markierungskörper gegenüber der Alarmanlage günstig, wenn das ferromagnetische Material
leicht in seinen Sättigungszustand magnetisierbar ist, in welchem keine Feldverzerrung
und damit Oberwellenerzeugung mehr auftritt, oder wenn die magnetischen Eigenschaften
des ferromagnetischen Materials durch Induktionserwärmung veränderbar sind. Das
"Unkennlichmachen" würde dabei durch Magnetisierung oder durch induktives Erwärmen
erfolgen, wobei selbstverständlich Gegenstände geschützt sein müssen, an denen die
Markierungskörper angebracht sind. Bei der Magnetisierung muß daher die Streufeldstärke
sehr gering sein, während bei der induktiven Er-
wärmung entweder
für Wärmeableitung oder für Wärmeisolierung des Markierungskörpers gesorgt sein
muß.
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Vorteilhafterweise weisen die Markierungskörper für die Alarmanlage
die Form streifenförmiger Lamellen auf. Zur Steigerung ihrer Wirkungsfähigkeit ist
es günstig, eine Mehrzahl streifenförmiger Lamellen in paralleler Anordnung vorzusehen.
Hinsichtlich der Oberwellenerzeugung aufgrund interner Resonanzerscheinungen ist
es besonders vorteilhaft, wenn die streifenförmigen Lamellen ungefähr 1 mm breit
und ungefähr 0,01 mm dick sind.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt Kurvenformdiagramme zur Erläuterung der prinzipiellen
Wirkungsweise der Alarmanlage; Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines bei der
Alarmanlage verwendeten arkierungskörpers; Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine bei
der Alarmanlage verwendete Rahmenantennenanordnung; Fig. 4 ist eine Schnittansicht
der in Fig. 3 gezeigten Rahmenanordnung; Fig. 5 ist eine Schnittansicht einer bei
einem Ausführungsbeispiel der Alarmanlage verwendeten Vielfachrahmenanordnung; Fig.
6 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des Empfängers der Alarmanlage.
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In den Kurvenformdiagrammen in Fig. 1 ist schematisch die Beeinflussung
eines elektromagnetischen Wechselfelds mit einer Periode T bzw. einer Frequenz f
= 1/T durch einen Markierungs-
körper mit bestimmten magnetischen
Eigenschaften dargestellt.
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Bei dem Durchsetzen bzw. der Erregung des Markierungskörpers mittels
des Wechselfelds ist zunächst im Bereich niedriger Feldstärken des Wechsclfelds
die Proportionalität zwischen der Feldstärke des aufgeprägten Wechselfelds und den
am Markierungskörper auftretenden Feldstärken gewahrt.
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überschreitet jedoch die Feldstärke des Wechselfelds einen bestimmten
Wert, wie es beispielsweise bei einem sinusförmigen Wechselfeld in der Nähe seiner
Pmplitudenspitzen der Fall ist, so folgt die Feldstärke an dem Markierungskörper
nicht mehr dem aufgeprägten Wechselfeld, sondern zeigt nichtproportionale Abweichungen.
Solche Abweichungen sind in Fig. 1 schematisch durch impulsartige Spitzen 1 bzw.
2 dargestellt.
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Die Form und die Phasenlage oder Polung dieser Impulsspitzen ist von
der bestehenden Feldstärke, dem Material des Markierungskörpers sowie auch in erheblichem
Ausmaß von den Abmessungen des Markierungskörpers abhängig. Die im Serkierungskörper
auftretende Feldstärke steht dabei in direktem Zusammenhang mit der Lage und Position
des Markierungskörpers. Je nach den Abmessungen des Markierungskörpers in den verschiedenen
Dimensionen, seiner Lage zum Wechselfeld und der Relation seiner Abmessungen zur
Frequenz des Wechselfelds treten unterschiedliche komplexe Resonanzerscheinungen
auf, die die Form der Impulsspitzen entscheidend beeinflussen. Beispielsweise konnten
bei einem Markierungskörper in Form schmaler streifenförmiger Lamellen bei dem gleichen
Material gemäß der Darstellung in Fig. 1 für dünne Lamellen die schematisch dargestellten
Impulsspitzen 1 festgestellt werden, während bei dem gleichen Material in dicken
Lamellen breitere Impulsspitzen 2 festgestellt wurden.
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Die Veränderung der Feldstärke des Wechselfelds durch den Markierungskörper
wirkt sich so aus, als ob in dem homogenen Wechselfeld ein sekundärer Sender angeordnet
wäre, der ein Feld entsprechend den Impulsspitzen erzeugt. Da die Impulse
im
Takt bzw. mit der Frequenz des Wechselfelds auftreten, stellen sie Oberwellen dieser
Frequenz dar. Die Stärke der jeweiligen Oberwellen oder Harmonischen der Grund-Frecuenz
des Wechselfelds ist von der Form der Impulsspitzen abhängig, die wiederum - wie
beschrieben - von der Feldstärke des Wechselfelds und der Form und dem Material
sowie den Abmessungen des Markierungskörpers abhängt. Zur Meldung des Vorhandenseins
wird bei der Alannanlage die "Abstrahlung" des als sekundärer Sender dienenden Markierungskörrers
ausgewertet.
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In Fig. 2 ist ein Beispiel eines solchen Markierungskörpers 3 gezeigt.
Der Markierungskörper 3 besteht dabei aus schmalen streifenförmigen Lamellen 4 aus
dünnem ferromagnetischem Material, das vorzugsweise eine ausgeprägt rechteckige
magnetische Xsystereseturve hat. Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Lamelle. ungefähr
1 mm breit und ungefähr 0,01 mm dick. Diese Ausmaße haben eine besonders günstige
Durchflutung des Markierungskörpers ergeben. Wenn ein durch die Alarmanlage gegen
Diebstahl zu schützender Gegenstand für das Passieren der Alarmanlage freizugeben
ist, muß entweder der Markierungskörper vom Gegenstand gelöst werden oder für die
Alarmanlage "unsichtbar" gemacht werden. Dies geschieht dadurch, daß seine HSendeeigenschaften"
ausgeschaltet bzw. beseitigt werden. Beispielsweise kann das Material des Markierungskörpers
so gewählt werden, daß es zu einem Dauermagneten in seinen Sättigungszustand magnetisierbar
ist, in welchem es auch im Wechselfeld der Alarmanlage verbleibt und somit dieses
nicht beeinflußt, bzw. von diesem nicht zu Sekundärabstrahlungen angeregt wird.
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Ferner kann beispielsweise das Material so gewählt werden, daß seine
das Wechselfeld der Alarmanlage verzerrende magnetischen Eigenschaften durch Erwärmung
neutralisiert werden, was durch induktives Erwärmen auf einfache Weise vorgenommen
werden kann.
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Selbstverständlich ist die dabei entstehende Wärme so abzuleiten oder
zu isolieren, daß der mit dem Markierungskörper
kenntlich gemachte
Gegenstand keinen Schaden nimmt.
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In Fig. 3 ist eine Rahmenantennenanordnung 5 der Alarmanlage in Draufsicht
auf die Rahmenebene gezeigt. Die Alarmanlage weist wenigstens zwei derartige Rahmenantennenanordnungen
5 auf, die zueinander koaxial unter Abstand in parallelen Ebenen angeordnet sind.
Die Rahmenantennenanordnung 5 weist eine Sende-Rahmenantenne 6 auf, die im wesentlichen
die Form eines hochkantgestellten Quadrats hat. Innerhalb der Sende-Rahmenantenne
6 ist koaxial in der gleichen Ebene eine Empfangs-Rahmenantenne 7 angeordnet, die
gleichfalls im wesentlichen die Form eines auf die Spitze gestellten Quadrats hat.
Die Sende-Rahmenantenne 6 wird von einem Sender 8 gespeist, der den Windungen oder
der Windung der Rahmenantenne einen Wechselstrom zur Bildung eines elektromagnetischen
Wechselfelds aufprägt. Cer Wechselstrom für zwei benachbarte Sende-Rahmenantennen
6 hat dabei jeweils eine Grundfrequenz f sowie die doppelte Grundfrequenz 2f und
ist zur klaren Unterscheidung gegenüber Störeinstrahlungen moduliert. Die Wicklung
der Sende-Rahmenantenne 6 bildet dabei einen Bestandteil eines auf ihre jeweilige
Speisefrequenz abgestimmten Resonanzkreises, um dadurch eine hohe Leistungsausbeute
zu erzielen und zugleich unerwünschte Klirr-Oberwellen aus nichtlinearen Verzerrungen
im Sender zu unterdrücken. Ein im Wechselfeld der Sende-Rahmenantenne 6 befindlicher
Markierungskörper 3 wird zur Sekundärausstrahlung von Oberwellen angeregt, die von
der Empfangs-Rahmenantenne 7 aufgenommen und zu einem Empfänger 9 geführt werden.
Zwischen der Sende-Rahmenantenne 6 und der Empfangs-Rahmenantenne 7 besteht jedoch
auch eine direkte kapazitive und induktive Kopplung, durch die dem Nutz-Ausgangssignal
auf der Oberwellenfrequenz ein sehr starkes Stör-Ausgangssignal auf der Grundfrequenz
oder der doppelten Grundfrequenz überlagert wird. Zur Unterdrückung bzw. Verminderung
der kapazitiven Kopplung ist daher die Empfangs-Rahmenantenne elektrostatisch abgeschirmt,
was schematisch durch eine Abschirmung 10 ange-
deutet ist. Selbstverständlich
darf die Abschirmung 10 keine geschlossene Windung bilden. Hinsichtlich der induktiven
Kopplung zwischen der Sende-Rahmenantenne 6 und der Empfangs-Rahmenantenne 7 ist
ein Kompromiß insofern zu treffen, als einerseits die Antennenwirkungsfläche für
den Empfang des Nutz-Signals auf der Oberwellenfrequenz möylichst groß zu machen
ist, während andererseits die Antennenwirkungsfläche zur Aufnahme des Stör-Signals
auf der Grundfrequenz bzw. der doppelten Grundfrequenz möglichst klein zu halten
ist. Als günstiger Kompromiß hat sich eine mfangs-Rahmenantenne erwiesen, deren
Seitenlänge ungefähr 90 % der Seitenlänge der Ser.de-Rahmenantenne 6 beträgt. Zur
weiteren Unterdrückung des Stör-Signals auf der Grundfrequenz oder der doppelten
Grundfrequenz bildet die Wickluna der Empfangs Rahmenantenne 7 einen Bestandteil
eines Resonanzkreises, der auf die gewünschte Oberwellenfrequenz abgestimmt ist.
Die Auswertung des Nutz-Signals auf der Oberwellenfrequenz in dem Empfänger 9 wird
später im einzelnen beschrieben.
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In der Fig. 4 ist schematisch eine Alarmanlage mit zwei Rahmenanordnungen
5 nach Fig. 3 im Schnitt, d. h. in der Zeichnungsebene der Fig. 3 gezeigt. Bei dieser
Alarmanlage ist die Sende-Rahmenantenne 6 der linken Rahmenantennenanordnung 5 vom
Sender 8 mit einem Strom der Grundfrequenz f gespeist, während die Sende-Rahmenantenne
6 der rechten Rahmenantennenanordnung 5 vom Sender 8 mit einem Strom der doppelten
Grundfrequenz 2f gespeist ist. Die beiden Speiseströme sind moduliert und ihre Phasen
sind miteinander starr verbunden.
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Aufgrund dieser Speisung mit der Grundfrequenz und der doppelten Grundfrequenz
unter phasenstarrer Beziehung entsteht an den Rahmenantennenanordnungen ein zusammengesetztes
oder überlagertes Wechselfeld, das schematisch durch gesonderte Feldlinien 11 für
die einzelnen Rahmenantennenanordnungen 5 und gemeinsame Feldlinien 12 für beide
Rahmenantennenanordnungen 5 dargestellt ist. Auf diese Weise ist zwischen den beiden
Rahmenantennenanordnungen 5 eine Wechselfeldschleuse 13 gebildet, in der das Wechselfeld
in allen drei
Dimensionen gleichmäßig ist, so daß das Anregen eines
Markierungskörpers zu dessen Sekundärstrahlung unabhangig von der Lage gleichmäßig
erfolgt. Die Oberwellenstrahlung in die beiden Empfangs-Rahmenantennen 7 der flahmenantennenanordnungen
5 unterliegt daher nur relativ kleinen Schwankungen in Abhänqigkeit von der Lage
und der Position des Markierungskörpers 3, so daß das Signal in den jeweiligen Empfängern
9 sehr einfach verarbeitet werden kann.
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Aufgrund der Gleichmäßigkeit des zusammengesetzten Wechselfelds kann
die Wechselfeld-Schleuse 13 relativ breit gemacht werden, was insbesondere bei der
Überwachung von Ausgängen an Kassen oder Ladenräumen von Bedeutung ist. Ferner ist
die Streuung des zusammengesetzten Wechselfelds in den Räumen außerhalb des Zwischenraums
zwischen den Rahmenantennenanordnungen 5 relativ gering, so daß eine klare Trennung
zwischen Erfassungsbereich bzw. Überwachungsbereich und nicht zu überwachenden Bereich
erleichtert ist.
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In Fig. 5 ist als weiteres Ausführungsbeispiel eine Alarmanlage gezeigt,
bei der zur Verbreiterung des Erfassungsbereichs bzw. Überwachungsbereichs eine
Mehrzahl von Rahmenantennenanordnungen 5 Verwendung findet, die wie in Fig. 4 im
Schnitt, d. h. in der Zeichnungsebene nach Fig. 3 gezeigt sind. Die Rahmenantennenanordnungen
5 sind dabei zueinander koaxial unter Abstand in parallelen Ebenen angeordnet. Der
Sender 8 speist die jeweiligen Sende-Rahmenantennen 6 in der Weise, daß von zwei
unmittelbar benachbarten Sende-Rahmenantennen jeweils eine Strom mit der Grundfrequenz
und die andere Strom mit der doppelten Grundfrequenz erhält. Bei dieser Anordnung
ist das zusammengesetzte Wechselfeld entsprechend den Ausführungen im Zusammenhang
mit Fig. 4 gebildet, so daß hier eine weitere Erörtung überflüssig ist. Auch hierbei
ist der Erfassungs- bzw. Überwachungsbereich sehr deutlich definiert, so daß ein
gezielter Einsatz der Alarmanlage möglich ist. Dadurch, daß beliebig viele Rahmenantennenanordnungen
5 aneinander gereiht werden können, wird die Anwendung der Alarm-
anlage
auch bei Kaufhäusern mit breiten Durchgängen oder Selbstbedienungsläden mit einer
Mehrzahl nebeneinander liegender Kasse-Passagen möglich. Da schon zwei Rahmenantennenanordnungen
5 für sich unabhängig von weiteren angereihten Rahmenantennenanordnungen eine Wechselfeld-Schleuse
bilden, können gegebenenfalls auch nicht benützte Schleusen ohne Beeinträchtigung
der Funktion der Alarmanlage abgeschaltet werden.
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Die Fig. 6 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines
der Empfänger der Alarmanlage. Dieser Empfänger wird anhand der Funktion seiner
einzelnen Stufen bei einer Alarmanlage mit einer Grund frequenz f = 680 Hz und einer
Modulationsfrequenz fm = 80 Hz beschrieben. Durch einen Markierungskörper wird das
Grundfrequenz-Wechselfeld zu einer Sekundärstrahlung mit den Oberwellenfrequenzen
umgesetzt, von denen beispielsweise die Empfangs-Rahmenantenne 7 und der Empfänger
9 die einunddreißigste Oberwelle der Grundfrequenz mit der Oberwellenfrequenz fo
= 32 f = 21,76 kHz aufnimmt. In der Empfangs-Rahmenantenne 7 wird dabei jeweils
ein sehr starkes Signal mit der Frequenz f und der Frequenz 2f zusammen mit den
um fm versetzten Seitenbändern sowie bei Vorhandensein eines Markierungskörpers
im Wechselfeld der Alarmanlage ein Nutz-Signal mit der Oberwellenfrequenz fo und
seiner um fm versetzten Modulations-Seitenbändern sowie eine Anzahl weiterer Signale
auf Oberwellen der Grundfrequenz f induziert. Für die Auswertung ist aus diesem
Signalgemisch lediglich das Nutz-Signal mit der Oberwellenfrequenz fo sowie den
zugehörigen um fm versetzten Modulations-Seitenbändern von Bedeutung. Daher ist
die Empfangs-Rahmenantenne 7 als Bestandteil eines am Eingang des Empfängers 9 angeschlossenen
Resonanzkreises 14 ausgelegt, der auf die Oberwellenfrequenz fo abgestimmt ist.
Dadurch wird aus dem Signalgemisch das Nutz-Signal mit der Oberwellenfrequenz fo
angehoben, während die sehr starken Signale auf der Grundfrequenz f und der doppelten
Grundfrequenz 2f gedämpft werden. Zur weiteren Dämpfung dieser Signale ist dem Resonanzkreis
14 ein Kerbfilter 15 nachgeschaltet,
das aus RC-Doppel-T-Filtern
aufgebaut ist, die auf die am stärksten auftretenden Signale zu deren Unterdrückung
abgestimmt sind. Die derart gefilterte Oberwelle der Grundfrequenz wird einer Kippschaltung
22 sowie einem Impulsspitzendetektor 24 zugeführt, die später im einzelnen beschrieben
werden.
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Eine weitere Vorseiektion erfolgt in einem dem Kerbfilter 15 nachgeschalteten
Bandpaßfilter 16, das als LC-T-Filter aufgebaut ist und fir den Durchlaß des Nutz-Signals
mit der Oberwellenfrequenz fo und den beiden um fm versetzten Seitenbändern ausgelegt
ist. Das Signalgemisch am Ausgang des Bandpaßfilters 16 enthält nunmehr nur noch
sehr schwache Störsignale außerhalb des Durchlaßbereiches des Bandpaßfilters 16,
so daß es im wesentlichen als reines Nutz-Signal betrachtet werden kann. Dieses
reine Nutz-Signal wird einem Dynamik-Kompressor 17 zugeführt, der den aufgrund der
Entfernung des jeweiligen Markierungskörpers unterschiedlichen Signalpegel auf einen
gleichmäßigen Signalpegel regelt, was beim Ausführungsbeispiel über einen Dynamikbereich
von ungefähr 40 db erfolgt. Das Ausgangssignal des Dynamik-Kompressors 17 ist somit
ein Signal mit der Oberwellenfrequenz fo sowie den zugehörigen Modulations-Seitenbändern,
das nahezu konstanten Pegel hat. Dieses Signal liegt an einem Demodulator 18 an,
in welchem Signale mit der Modulationsfrequenz fm gewonnen werden.
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Der Demodulator 18 kann beispielsweise als Synchrondemodulator ausgeführt
sein, der das ihm zugeführte Ausgangssignal des Dynamik-Kompressors 17 im Takt eines
ihm von dem Sender 8 direkt zugeführten Signals mit der Oberwellenfrequenz fo demoduliert.
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Das Demodulatorausgangssignal mit der Modulationsfrequenz fm wird
über ein Bandpaßfilter 19 einem Zähler 20 zugeführt. Das Bandpaßfilter 19 ist als
aktives RC-Filter aufgebaut und läßt das Modulationsfrequenz-Signal durch, während
es Signal-Komponenten mit der Netzfrequenz sowie der Harmonischen der Modulationsfrequenz
unterdrückt. In dem Zähler 20 werden Nulldurchgänge des Signals mit der Modulationsfrequenz
fm gezählt.
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Eci einem vorbestimmten Zählstand gibt der Zähler 20 ein Ausgangssignal
an einen Eingang eines UND-Glieds 21 ab.
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Der andere Eingang des UND-Glieds 21 ist mit der Kippschaltung 22
über einen Integrator 23 verbunden, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn sein integrierter
Inhalt einen vorbestimmten Schwellwert erreicht hat. Die Kippschaltung 22 spricht
dabei auf Impulse der ausgefilterten Oberwelle der Grundfrequenz nach dem Kerbfilter
15 an, wenn diese eine bestimmte Mindestspannung übersteigen. Die Ausgangssignale
der Kippschaltung 22 werden in dem Integrator 23 summiert. Sobald die Summe einen
bestimmten Schwellwert erreicht hat, gibt der Integrator ein Ausgangssignal an das
UND-Glied 21 ab und schaltet dieses durch. Mit dieser Kippschaltung 22 und dem Integrator
23 wird in dem Empfänger eine Unterscheidung darüber getroffen, ob der Zähler bis
zum Erreichen seines Zählstands einzelne zufällig bis zu ihm gelangende Störimpulse
gezählt hat, die nur eine kleine Summe an Ausgangssignalen der Kippschaltung 22
ergeben, oder ob der Zähler auf Nulldurchgänge der Modulationsfrequenz angesprochen
hat, die aus regelmäßigen Oberwellen an den Spitzenamplituden der Grundfrequenz-Welle
abgeleitet sind und wegen ihrer Vielzahl schnell dazu führen, daß die Summe der
Ausgangssignale der Kippschaltung 22 den Schwellwert des Integrators 23 erreicht.
Der Integrator hat dabei selbstverständlich eine vorbestimmte Ausklingzeit, bzw.
Speicherverluste, wodurch ein Aufsummieren von Störsignalen über eine lange Zeitdauer
bis zum Erreichen des Schwellwerts des Integrators 23 vermieden wird.
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Der Zähler 20 wird einerseits durch eine nicht gezeigte Einrichtung
periodisch in kurzen Zeitabständen rückgesetzt, damit eventuell fälschlich gezählte
Störsignale in ihrer Gesamheit nicht den vorbestimmten Zählstand für das Ausgangssignal
erreichen. Andererseits wird der Zähler mittels des Impulsspitzendetektors 24 rückgesetzt,
der mit der ausgefilterten Oberwelle der Grundfrequenz angesteuert ist. Dieser Impulsspitzendetektor
spricht auf Spitzenspannungen über einer Normal-
spannung der Oberwelle
an und gibt dabei ein Rücksetzsignal an den Zähler 20 ab, das über die Dauer der
Spitzenspannung hinaus verlängert ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß sowohl
ein hoher Spitzenspannungsimpuls als auch nachfolgende Ausschwingimpulse selbst
dann keinen Fehlalarm verursachen können, wenn sie über das Bandpaßfilter 16, den
Dynamik-Kompressor 17, den Demodulator 18 und das Bandpaßfilter 19 zu dem Zähler
20 gelangen.
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Das Ausgangssignal des UND-Glieds 21 liegt an einem Alarmgeber 25
an, durch den Alarm in der gewünschten Form ausgelöst wird, wobei auch andere Vorgänge
wie die Verriegelung einer Schranke oder das Auslösen eines Fotoapparats ausgelöst
werden können.
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Die Empfänger 9 der Alarmanlage sind so aufgebaut, daß sie unter
Unterdrückung von Störeinflussen nur Alarm in dem Falle abgeben, daß sich im Wechselfeld
der Alarmanlage ein Markierungskorper befindet. Von Störsignalen, die von der Empfangs-Rahmenantenne
7 aufgenommen werden, kann nach der Vorselektion durch den Pesonanzkreis 14, das
Kerbfilter 15 und das Bandpaßfilter 16 nur ein Signal mit einer Frequenz gelangen,
das die gleiche oder nahezu die gleiche Frequenz wie das gewünschte Oberwellensignal
hat. Nach der Demodulation in dem Demodulator 18 ergibt ein solches Signal ein Signal
mit der Frequenzdifferenz zu der Oberwellenfrequenz fo bzw.
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mit einer Störmodulationsfrequenz. Durch das Atissieben der Modulationsfrequenz
fm aus dem Ausgangssignal des Demodulators 18 mittels des Bandpaßfilters 19 wird
die Störmöglichkeit weiter so eingeengt, daß das Auftreten einer Störeinstrahlung
ausgeschlossen werden kann, die aufgrund ihrer Frequenz und der Frequenz ihrer Modulation
zu einer fehlerhaften Alarmauslösung führtSelegentliche Störspitzen, die den Empfänger
9 unter übersteuerung durchlaufen, werden dadurch unwirksam, daß der Zähler 20 erst
nach einer vorbestimmten Anzahl von Nutz-Signalen
die Alarmabgabe
auslöst. Bei der eingangs genannten Grundfrequenz von 680 Hz und der Modulationsfrequenz
von 80 Hz sowie der Auswertung einer Oberwelle im Bereich von ungefähr 20 kHz können
störende Einflüsse wirksam und mit einfachen Mitteln unterdrückt werden, die durch
die Netzfrequenz (50 Hz), eine Doppelverschiebung aufgrund einer Bewegung des arkierungskörpers
im Erfassungsbereich oder durch Störquellen im hochfrequenten Bereich verursacht
werden. Häufigere Störspitzen, wie sie beispielsweise beim Einschalten von Leuchtstoffröhren
entstehen, werden mittels der Kippschaltung 22 und des Integrators 23 unwirksam
gemacht, da diese das UND-Glied 21 nur freigeben, wenn utz-Signale vorhanden sind.
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Störspitzen mit sehr hohen Spannungen werden mittels des Impulsspitzendetektors
24 dadurch unterdrückt, daß der Zähler 20 rückgesetzt wird und die Störspitzen erst
gar nicht registriert.