DE2721880A1

DE2721880A1 - Schaltungsanordnung zur feststellung von beschaedigungsversuchen an bauwerken

Info

Publication number: DE2721880A1
Application number: DE19772721880
Authority: DE
Inventors: Toshio Abiko; Tohru Hanahara; Kazuhiro Matsuoka; Kenzaburo Tanemura; Tadashi Yoshimura
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1977-05-14
Publication date: 1977-11-24
Also published as: FR2352351B1; AU499496B2; SE432028B; FR2352351A1; IT1078259B; SE7705727L; DE2721880C3; AU2525777A; DE2721880B2; GB1581479A

Description

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Matsushita Electric Works, Ltd. in Osaka / Japan

Schaltungsanordnung zur Feststellunq von Beschädigungsversuchen an Bauwerken

Zusammenfassung

Es wird eine Schaltungsanordnung zur Feststellung von Beschädiaungsversuchen an Bauwerken vorgeschlagen, mit der die häufigsten Finbruchsmethoden rechtzeitig erkannt werden können. Die beim Aufstemmen oder Aufbohren entstehenden Geräusche werden in elektrische Signale verwandelt und verstärkt. Die einen oberen Pegel überschreitenden Werte des verstärkten Signals werden einem Zähler zugeführt, während die einen unteren Peqel überschreitenden Signalwerte auf einen Integrator gegeben werden. Wenn das Zählergebnis oder das Integrationsergebnis vorgegebene Werte erreicht, wird eine Alarmvorrichtung betätigt.

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Feststellung von Beschädigungsversuchen an Bauwerken nach dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs.

Für den Einbruch in ein Gebäude durch eine Wand, den Boden oder die Decke stehen hauptsächlich zwei Methoden zur Verfügung, nämlich entweder das Aufstemmen mit Hammer und Meißel oder das

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Aufbohren mit der Bohrmaschine. Im ersteren Falle entstehen wiederholte kurzzeitige Schwingungen hoher Intensität, die sehr rasch verschwinden; im letzteren Falle werden in dem Bauwerk stetig andauernde mechanische Schwingungen verhältnismäßig geringer Intensität erzeugt.

In der US-PS 3 947 835 wird vorgeschlaoen, die mechanischen Schwingungen in elektrische Signale zu verwandeln und die Anzahl der Signale zu integrieren bzw. eine entsprechende Anzahl von Impulsen zu zählen, um einen Beschädigungsversuch rechtzeitig erkennen zu können. Die oben erwähnten Intensitätsdifferenzen der von verschiedenen Einbruchsarten herrührenden Erschütterungen werden hierbei aber nicht berücksichtigt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daB die unterschiedlichen Geräuschpegel der erwähnten Einbruchsarten berücksichtigt werden. Die Anzahl der Ausgangsimpulse eines Schwellenverstärkers für einen oberen Pegel überschreitende Werte des festgestellten Signals wird gezählt, um einen Einbruchsversuch mit Hammer und Meißel festzustellen; andererseits wird der Signalverlauf am Ausgang eines Schwellenverstärkers für einen unteren Pegel überschreitende Werte des Empfangssignals zeitlich integriert, um Einbruchsversuche mit der Bohrmaschine feststellen zu können. Wenn mindestens eines der beiden Meßergebnisse einen vorgegebenen Wert erreicht hat, spricht die Alarmvorrichtung an.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich. Insbesondere muß Sorge dafür getragen werden, daß die von Einbrechern verursachten Geräusche

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und Erschütterungen das überwachungsgerät tatsächlich erreichen. Die bekannten Geräte dieser Art sind im allgemeinen an einer Wand des betreffenden Bauwerks befestigt. Wenn die Wand aber einen oder mehrere Sprünge hat, oder mit einem weichen Belag wie Tuch, Leder oder dgl. versehen ist, werden die von einer anderen Stelle des Bauwerks ausgehenden Erschütterungen und Geräusche nicht ausreichend zu dem überwachungsgerät weitergeleitet. Um dies zu vermeiden, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung eine Halterung für die Schaltungsanordnung vorgesehen, die in das Innere der betreffenden Mauer eingreift. Dadurch werden auch Schwingungen verhältnismäßig geringen Pegels erfaßt, die sich nur im Wandinneren fortpflanzen.

Beschreibung der Erfindung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ,

Fig. 2A - 2D Diagramme von Schwingungsformen zur Erläuterung der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 das Schaltbild eines praktischen Ausführungsbeispiels,

Fig. 4A - 4C Diagramme des Schwinguncjsverlauf s zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 3.und

Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines unter Verwendung der neuen Schaltungsanordnung gebauten Überwachungsgeräts.

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Gemäß Fig. 1 werden die in einer Wand 1 auftretenden mechanischen Schwingungen von einem medHnisch-elektrischen Wandler 2 erfaßt und in elektrische Signale verwandelt. Diese Signale werden einem Verstärker 5 zugeführt, dessen Ausgangssignale einerseits einem Detektor 3 für einen oberen Pegel und andererseits einem Detektor 4 für einen unteren Pegel überschreitende Werte zugeführt werden. Der Detektor 3 für den oberen Pegel hat eine vorgegebene Empfindlichkeitsschwelle L. und spricht nur auf Ausgangssignale des Verstärkers 5 an, die von Hammerschlägen und dgl. herrühren; ein solches Signal ist bei A in Fig. 2A dargestellt. Der Detektor 3 gibt beim Auftreten eines solchen den Pegel L₁ überschreitenden Signals einen Impuls ab, wie Fig. 2B zeigt. Der Detektor 4 in Fig. 1 hat eine vorgegebene Ansprechschwelle L_, die niedriger als L, liegt; er spricht also auf Signale B verhältnismäßig geringer Intensität an, die z.B. von einer Bohrmaschine ausgehen. Die Ausgangssignale des Detektors 4 werden in einem Integrator integriert; das Integrationsergebnis ist in Fig. 2C dargestellt. Wenn dieses Ergebnis einen Pegel L₃ überschreitet, erzeugt der Integrator 9 ein Ausgangssignal gemäß Fig. 2D, durch das eine Alarmvorrichtung 8 erregt wird. Andererseits wird das Ausganossignal des Detektors 3 auf einen Impulsformer 6 gegeben und danach einem Zähler 7 zugeführt, der die Endstufe 8 der Alarm vorrichtung erregt, wenn eine vorgegebene Anzahl von Impulsen im Zähler 7 registriert wurde.

Im Schaltbild der Fig. 3 sind die den einzelnen Stufen der Fig. entsprechenden Teile in Blöcke mit den entsprechenden Bezugszeichen eingeteilt. Der Block 10 ist die Alarmvorrichtung und Block 11 ist ein Netzgerät zur Stabilisierung einer an den Klemmen 12 und 13 angelegten Gleichspannung.

Im Verstärker 5 wird das Ausgangssignal des Wandlers 2 an das Gate eines Feldeffekttransistors FET angelegt. Das Ausgangssignal desselben geht über einen Hochpaß R,, C_, C₄ und C. mit einer Grenzfrequenz von etwa 2 KHz zur Basis eines Verstärkungs-

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transistors Tr.. Der negative Teil des Ausgangssignals des Transistors Tr. wird in einer Diode D. abgeschnitten; der verbleibende Ausgangsimpuls gelangt an die invertierenden Eingangsklemmen der Operationsverstärker IC. und IC-, welche die Detektoren 3 und 4 für den hohen und den niedrigen Pegel darstellen. An dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers IC. liegt eine Gleichspannung, die am Punkt a des Spannungsteilers VR, R₂, R^ aus dem Gleichspannungspotential VDD abgegriffen wird. Am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers IC₂ liegt eine Gleichspannung, die zwischen den Widerständen R_? und R- des erwähnten Spannungsteilers abgegriffen wird. So wird jeder einen hohen Pegel übersteigende Impuls vom Verstärker IC. und jeder einen niedrigen Pegel übersteigende Impuls vom Verstärker IC₂ erfaßt. Versuche haben gezeigt, daß das Verhältnis der Pegel L₁ und L₂ vorzugsweise L₁ : L₂ = 1 : 0,5 bis 0,6 betragen soll. Der Ausgang des Operationsverstärkers IC. ist mit dem Eingang des Impulsformers 6 verbunden.

Im Impulsformer 6 befindet sich eine erste Stufe aus den Widerständen R₄ und R₅ und dem Kondensator C₅, wobei der Widerstand R₄ niedrig (etwa 100 0hm) und der Widerstand R₅ hoch (etwa 470 0hm) gewählt ist. Man erhält so einen langsam ansteigenden Impuls. In einer zweiten Stufe wird dieser Impuls mittels des Operationsverstärkers IC3 vollends rechteckig gemacht, um jede Falschzählung zu verhindern.

Der Spannungsverlauf am Punkt "a" des Detektors 3 ist in Fig. 4A dargestellt. Wenn das Signal I auftritt, erhält man am Ausgang des Verstärkers IC₁ bei "b" das Signal I in Fig. 4B. Wenn dagegen ein Signal II mit großer Amplitude ankommt, übersteigt es den Pegel "a" mehr als einmal beim Abklingen,so daß zwei oder »ehr Impulse auftreten (Fig. 4B).Das Signal würde also doppelt gezählt, obwohl in Wirklichkeit nur ein Hammerschlag geführt wurde. Aus diesem

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Grunde sind die Zeitkonstanten der Widerstände R. und P_c und

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des Kondensators C_ so eingestellt, daß sich die Signale I und II in Fig. 4C ergeben, d.h. auch das Signal II ergibt einen einzigen Zählimpuls.

Der Zähler 7 ist im allgemeinen gesperrt, da seine Rückstellklemme R an einem hohen Potential liegt; wenn aber das Rückstellpotential R niedrig gemacht wird und ein Impuls an der Klemme C auftritt, wird gezählt. Wenn ein Impuls am Ausgang des Operationsverstärkers IC₃ auftritt, wird dieser über eine Diode Dj auf die Eingangsklemme C des Zählers 7 gegeben, wird aber nicht gezählt, weil die Spannung an der Rückstellklemme R noch hoch ist. Dieser Impuls geht weiter über Dioden D₃ und D₄ auf ein Verzögerungsglied mit dem Kondensator C, und dem Widerstand R₆, wodurch er eine gewisse Verzögerung erhält und dann auf den Operationsverstärker IC, gelangt, so daß dessen Ausgang einen niedrigen Zustand annimmt und die Rückstellklemme R des Zählers 7 vom Rückstellpotential entlastet. Wenn nun ein zweiter Impuls zum Operationsverstärker IC₃ durchkommt, wird dieser Impuls gezählt und lädt gleichzeitig den Kondensator C₃ wiederifeer den Widerstand R₆ auf, so daß die Rückstellklemme R des Zählers 7 weiterhin auf niedrigem Potential bleibt. Wenn ein dltter Impuls ankommt, wird dieser ebenfalls vom Zähler 7 gezählt und ergibt ein Ausgangssignal an der Ausgangsklemme O, das über eine Diode D₅ einen Kondensator C_ auflädt. Mit der Ladung dieses Kondensators C₇ wird der Alarm ausgelöst, wie weiter unten beschrieben wird.

Das Signal niedrigen Pegels wird vom Operationsverstärker IC₂ nach Formung mittels der Widerstände R₇ und R_ftvaes Kondensators C„ einem Operationsverstärker IC₅ im Integrator 9 zugeführt. Es lädt dann den Kondensator 7 über einen Widerstand R„ und eine Diode D_fi auf. Wenn die Ladespannung des Kondensators C₇ einen vorgegebenen Wert erreicht, erscheint am Ausgang eines

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Operationsverstärkers IC₆, der die Endstufe 8 darstellt, eine Ausgangsspannung. Der Operationsverstärker IC, dient also zur Anzeige des Ladezustandes des Kondensators C-. Letzterer entlädt sich ständig allmählich über den Widerstand R_1Q; die Zeitkonstante des damit gebildeten RC-Gliedes soll etwa IO Sekunden betragen. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers IC_g wird an die Basis eines Transistors Tr₂ gelegt; wenn diese Ausgangsspannung absinkt, steuert sie den Transistor Tr_ in den Sperrzustand, wodurch ein Relais Ry in der Alarmvorrichtung 10 abfällt und dadurch ein Alarmsignal auslöst. Eine Leuchtdiode LED zeigt ebenfalls den Alarm an.

Im Überwachungszustand ist das Ausgangspotential des Operationsverstärkers IC, hoch und am Ausgang eines Operationsverstärkers IC₇ tritt ein hohes Potential auf. Bei einem Alarm ist das Ausgangspotential von ICg niedrig und der Ausgang des Operationsverstärkers IC, wird kurzgeschlossen. In diesem Falle wird der Kondensator C₃ rasch entladen und am Ausgang des Operationsverstärkers IC. tritt ein hohes Potential auf, so daß die Rückstellklemme R des Zählers 7 mit einem hohen Potential beaufschlagt wird und der Zähler sich selbsttätig zurückstellt. Dieser Zustand wird beibehalten, während die Alarmgabe fortdauert, und verschwindet erst mit der Beendigung des Alarms. Es müssen dann gemäß dem Zählerinhalt erst drei Impulse gezählt werden, bevor der nächste Impuls auftreten kann, der einen Alarm auslöst.

Eine Ausführungsform des Überwachungsgerätes ist in Fig. 5 dargestellt. In die Wand 21 des zu überwachenden Bauwerks ist ein Loch 22 gebohrt, in das ein Spreizdübel 23 eingesetzt ist. Der Dübel hält eine konische Mutter 24, in die ein Gewindebolzen 25 eingeschraubt ist. Mit dem Kopf dieses Gewindebolzens ist eine Grundplatte 26 befestigt, die ein piezoelektrisches Element 27 trägt. Über die Grundplatte 26 ist ein Deckel 28 gestülpt.

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worin sich die überwachungseinrichtung 29 befindet. Zur Installation wird ein Loch 22 gebohrt, dessen lichte Weite etwas grö0er als der Außendurchmesser des Dübels 23 ist. Die Mutter wird in den Dübel 23 eingesteckt, der Bolzen 25 in die Mutter eingeschraubt und dann das ganze in die Bohrung 22 gesteckt. Nun wird der Bolzen 25 angezogen, wodurch die Mutter 24 in den Dübel 23 gezogen wird und diesen spreizt, bis der Dübel fest an der Innenwand der Bohrung 22 anliegt.

Dank diesem Aufbau können alle mechanischen Schwingungen innerhalb der Wand 21 über den Dübel 23 gut von dem piezoelektrischen Element 27 wahrgenommen werden. Während die bekannten Alarmgeräte dieser Art mittels eines Klebstoffs oder dgl. außen an der Wand befestigt werden müssen, so daß die inneren Schwingungen durch einen Wandbelag oder Sprünge und dgl. gedämpft werden, gelangen dank der geschilderten Befestigung alle Schwingungen innerhalb der Wand unmittelbar zu dem überwachungsgerät.

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Matsushita Electric Works, Ltd. in Osaka / Japan

Patentansprüche

l.i Schaltungsanordnung zur Feststellung von Beschädigungsversuchen an Bauwerken mit einer Alarmvorrichtung, die betätigt wird, wenn das von einem mechanisch-elektrischen Wandler abgegebene Signal einen bestimmten Wert annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die einen oberen Pegel überschreitenden Werte des Signals verstärkt und einem Zähler (7) zugeführt werden, daß die einen unteren Pegel überschreitenden Werte des Signals nach Verstärkung einem Integrator (9) zugeführt werden und daß die Alarmvorrichtung (8, 10) betätigt wird, wenn das Zählergebnis oder das Integrationsergebnis vorgegebene Werte erreicht hat.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zwischen den Verstärker (3) und den Zähler (7) eingefügten Impulsformer (6) mit einem Zeitglied (R., R,-* C_) , das sich rasch auflädt und langsam entlädt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Kondensator (CO , der durch ein Ausgangssignal des Impulsformers (6) aufgeladen wird und den Rückstellzustand

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des Zählers (7) v/ährend eines festen Zeitintervalls aufhebt, sowie kurzgeschlossen wird, wenn die Alarmvorrichtung (8, 10) ein Eingangssignal erhält und ein dazu gehöriges Relais (RY) betätigt wird, so daß der Zähler absichtlich zurückgestellt wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgancrssignal des Impulsformers (6) auf die invertierende Eingangsklemme eines Operationsverstärkers (IC₄) gegeben wird, der einem Kondensator (C₃) parallel liegt, während der Ausgang des Operationsverstärkers mit der Rückstellklemme (R) des Zählers verbunden ist, sowie daß der Impulsformer ferner mit dem Zähleingang (C) des Zählers (7) verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (27) unmittelbar mit einem Fuß (25) verbunden ist, der fest im inneren einer Wand (21) des zu überwachenden Bauwerks verankert ist.

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