DE2805873A1 - Ultraschall-ueberwachungsanlage fuer bewegte objekte - Google Patents

Description

.. München, den 1 3, Fßb ^^?·'' 27/046

MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD., Osaka/Japan

Ultraschall-Überwachungsanlage für bewegte Objekte

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschall-Überwachungsanlage für bewegte Objekte nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 unter Ausnutzung des Doppler-Effekts.

Derartige Anlagen, die insbesondere zur Einbruchssicherung verwendet werden, sind bekannt; eine dem gegenwärtigen Stand der Technik entsprechende Anlage ist z. B. in der US-PS 3 665 443 beschrieben.

Die dort erläuterte Überwachungsanlage ist so eingerichtet, daß sie keinen Falschalarm auslöst, wenn eine Turbulenz der Luft durch Vorhangbewegungen, Schwankungen der Umgebungstemperatur, Klimaanlagen u. dgl. hervorgerufen wird. Bei sehr starken Turbulenzen, die z. B. durch eine Klingel oder einen kräftigen Luftzug hervorgerufen werden, ist aber die Überwachung nicht genau genug. Ferner werden zahlreiche komplizierte Schaltkreise benötigt und die Anlagekosten sind entsprechend hoch.

Dr.Hk/Du.

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Der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Ultraschall-Überwachungsanlage der erwähnten Art zu entwickeln, die bei einfachem Aufbau eine hohe Empfindlichkeit für Bewegungen von Menschen zeigt, durch andere physikalische Phänomene aber weitgehend unbeeinflußt bleibt.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Hierin sind

Fig. 1 A und IB ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 A und 2B ein Schaltbild einer praktischen Ausführung der tiberwachungsanlage,

Fig. 3 A und 3B eine schematische Darstellung der Installation der erfindungsgemäßen Überwachungsanlage und das zugehörige Freguenzspektrum, wenn kein bewegtes Objekt im Ultraschallfeld vorhanden ist,

Fig. 4 A und 4B entsprechende Darstellungen der Wellenverteilung und des Frequenzspektrums für den Fall eines bewegten Objekts,

Fig. 5 A und 5B die Wellenform und das zugehörige Frequenzspektrum einer Kombination der über verschiedene Wege empfangenen Ultraschallwellen,

Fig. 6 ein reales FrequenzSpektrum für den Fall eines bewegten Objekts,

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Fig. 7 A und 7B ein erläuterndes Diagramm der Wellenverteilung und ein FrequenzSpektrum für den Fall der
Betätigung einer Klingel,

Fig. 8 A und 8B FrequenzSpektren von den Klingeltönen
od. dgl. in verschiedenen Zeitpunkten,

Fig. 9 A bis 9F Darstellungen des Schwingungsverlaufs der ausgesandten und aufgenommenen Wellen und der Ausgänge der ouadraturglieder,

Fig.10 A und 1OB die Schwingungsformen an verschiedenen
Stellen der Anordnung nach Fig. 1,

Fiq.ll die Signalschwingungsformen. an verschiedenen Stellen der Anordnung nach Fig. 1 für den Fall eines
sich nähernden Objekts,

Fig.12 die Signalschwingunqsformen an verschiedenen Stellen für den Fall eines sich nähernden und sich entfernenden Objekts,

Fig.13 die Signalschwingungsformen an verschiedenen Stellen des Detektors für den Fall, daß die Schwingungskomponenten auf beiden Seitenfrequenzbändern im
wesentlichen gleichmäßig verteilt sind,

Fig.14 verschiedene Schwingungsformen zur Erläuterung der Diskriminatorschaltungen für die obere und untere
Grenzspannung,

Fig.15 das Blockschaltbild einer Quadraturstufe bekannter Art,

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- JT-

Fig. 16 das Blockschaltbild einer Ultraschall-Überwachungsanlage für bewegte Objekte bekannter Art und

Fig. 17 A und 17B erläuternde Diagramme von Schwingungsformen für den Fall sehr starker Signalamplituden und gleichphasiger Ouadratur-Ausgangssignale.

Fig. IA und IB, die zusammen die Fig. 1 bilden, zeiaen einen Oszillator 1 mit hoher Frequenz (z. B. 100 kHz). Das Ausgangssignal dieses Oszillators wird auf einen Frequenzteiler 2 gegeben, der die Frequenz auf die Hälfte herabsetzt. Das Signal mit der halben Frequenz geht zu einem Phasenschieber und Frequenzteiler 3, der zwei Flipflops I^c4_-i ^un<^ *^C4_2 (^ver^· Fi<T· 2A) enthält und eine Phasendifferenz von 90° erzeugt, sowie die Frequenz nochmals um die Hälfte herabsetzt. Am Ausgang dieser Stufe 3 hat man also ein Signal von etwa 25 kHz. Dieses Signal wird in einem Verstärker 4 verstärkt und anschließend mittels eines Ultraschallgebers 5 als Ultraschallwelle in den zu überwachenden Raum ausgestrahlt.

Die reflektierten Ultraschallwellen werden von einem Aufnehmer 6 empfangen und in einem Verstärker 7 verstärkt. Das verstärkte Empfangssignal wird auf zwei parallel angeordnete Quadraturdetektoren 8 und 9 gegeben. In diesen Detektoren tritt nur dann ein Ausgangssignal entsprechend den empfangenen Signalen auf, wenn Signale am Ausgang Q der Flipflops Ic_4-. und Ic_4-2' ^{die iiber} die Dioden D. und D_ zugeführt werden, vorhanden sind.

Die Ausgangssighale der beiden Quadraturdetektoren 8 und werden über Tiefpässe 10 und 11 zur Umwandlung in Mittelwert-Signale und weiter über Verstärker und Entzerrer 12

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und 13 auf Phasendifferenzdetektoren 14 und 15 gegeben. In diesen Phasendifferenzdetektoren wird in Abhängigkeit von den AusgangsSignalen der Verstärker und Entzerrer und 13 jeweils ein Differenzssignal an einem Ausgang erzeugt, wenn der andere Ausgang auf dem Pegel "H" liegt.

Das Ausgangssignal des ersten Phasendifferenzdetektors geht zu einem Phasenfilter 19, worin die gleichphasige Komponente unterdrückt wird, während das Ausgangssignal des zweiten Phasendifferenzdetektors 15 ebenfalls diese» Phasenfilter zugeführt wird, jedoch über eine Inversionsstufe 16. Das Phasenfilter 19 verbindet die zweiten Phasendifferenzdetektoren 14 und 15 über die Dioden Dz. und Dz» (Fig. 2B) mit einem später zu beschreibenden D/A-Umsetzer 20, dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit von den Zuständen der Ausgangssignale der beiden Phasendifferenzdetektoren schwankt. Ferner gelangt das Ausgangssignal des ersten Phasendifferenzdetektors 14 auf einen ersten Integrator Das Ausgangssignal dieses Integrators 17 geht zu einem Diskriminator 22 für die Untergrenze. Im Integrator 17 wird das Ausgangssignal des ersten Phasendifferenzdetektors 14 umgekehrt und auf einen spannungsbestimmenden Kondensator C. gegeben, der mit einem Komparator Ic, ^ im Diskriminator 22 für die Untergrenze verbunden ist. Eine untere Detektorgrenzspannung des Komparators Ic, ₄ wird durch die Spannung am Ausgang des oberen Seitenfreguenzbandes gesteuert. In dem Diskriminator 22 für die Untergrenze wird das Ausgangssignal des D/A-Umsetzers 20 festgelegt oder mit der unteren Detektorgrenzspannung verglichen, die durch den ersten Integrator 17 gesteuert wird.

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Das Ausgangssignal des zweiten Phasendifferenzdetektors 15 geht nach Umkehrung in der Inversionsstufe 16 ferner zum zweiten Integrator 18, an den der Obergrenzen-Diskriminator 21 angeschlossen ist. Im zweiten Inteqrator 18 wird in gleicher Weise wie im ersten Integrator 17 die obere Detektorgrenzspannung des Komparators Ic_1-4 derart gesteuert, daß sie mit der Spannuna an der Ausgangsseite des oberen Seitenfrequenzbandes zunimmt. Im Obergrenzen-Diskriminator 21 wird die Ausgangsspannung des D/A-ümsetzers 20 festgelegt oder mit der oberen Detektorgrenzspannung verglichen, die vom zweiten Integrator 18 gesteuert wird. Die Ausgangssignale des Obergrenzen-Diskriminators 21 und des üntergrenzen-Diskriminators 22 werden auf eine Endstufe 23 gegeben.

Die in Fig. 2A und 2B dargestellte praktische Ausführungsform des soeben beschriebenen Blockschaltbildes braucht nicht im einzelnen erläutert sm werden; die einzelnen Teile tragen die gleichen Bezugsziffern wie die betreffenden Blöcke in Fig. 1.

Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen.

Wenn in einer Uberwachungszone, in die Ultraschallwellen gemäß Fig. 3A von einem Geber 5 eingestrahlt werden, keine Änderung stattfindet, fällt die Freauenz f der vom Aufnehmer 6 empfangenen Wellen mit der Frequenz £ der abgegebenen Wellen zusammen, so daß ein Signal mit einer einzigen Frequenz f = f ohne Seitenfrequenzband vom Aufnehmer 6 abgenommen wird, wie Fig. 3B zeigt. Wenn dagegen ein bewegtes Objekt M, wie z. B. ein Mensch, innerhalb der Uberwachungszone vorhanden ist, wie Fig. 4A andeutet, tritt eine Dopplersehe Frequenzverschiebung ^Jf auf, die mit der

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Schallgeschwindigkeit c, der Radialgeschwindigkeit ν des bewegten Objekts M und der abgestrahlten oder Schallfrequenz f durch die Beziehung <3f verknüpft ist. Je nach der Bewegungsrichtung des Objekts M ist der Wert der Doppler-Frequenz positiv oder negativ und erscheint als Seitenfreguenzband rechts oder links von der Sendefrequenz. Wie Fig. 4B zeigt, tritt bei Annäherung des Objekts M ein oberes Seitenband auf, während bei Entfernuna des Objekts das untere Seitenfrequenzband erzeugt wird. Das Empfangssignal enthält also die aus der Nachrichtentechnik bekannte Einseitenbanddarstellung der Dopplerfreauenz <7f. Da aber die in den Raum ausgestrahlten Ultraschallwellen im allgemeinen an allen möglichen Stellen der Strahlungszone reflektiert werden und als kombinierte Wellen auf den Aufnehmer 6 einfallen, ändert sich im Falle eines uninteressanten bewegten Objekts (z. B. Vorhang) oder eines Luftzugs das Ultraschallsignal von diesen verschiedenen Wegen in Phase und Amplitude und das kombinierte Signal ist gemäß Fig, 5A eine beiderseitig modulierte Welle,besitzt also gemäß Fig. 5B ein oberes und ein unteres Seitenfrequenzband. Wenn also ein bewegtes Objekt M in der Überwachungszone vorhanden ist, ergibt sich aus der Kombination der Wellen nach Fig. 3B, 4B und 5B im Endeffekt ein Empfangssignal mit dem Frequenzspektrum nach Fig. 6.

Um also das bewegte Objekt M festzustellen, wird man vorzugsweise untersuchen, ob die Verteilung der beiden Seitenfrequenzbänder ungleichmäßig ist. Um das obere und das untere Seitenfrequenzband auszusieben, sind deshalb die beiden Quadraturdetektoren 8 und 9, die Tiefpässe 10 und 11, die Verstärker und Entzerrer 12 und 13 und die beiden Phasendifferenzdetektoren 14 und 15 im Blockschaltbild der Fig. 1 vorgesehen. Während aber die beiden Quadratur-

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ι
- if-

detektoren 8 und 9 es möglich machen, ein Signal im Falle des Eingangs eines einzigen Seitenfrequenzbandes abzuleiten, sind die Verstärker und Entzerrer 12 und 13 im Falle einer Zweiseitenbandwelle, in der beide Seitenfrequenzbänder am Eingang auftreten, in Phase. Diese gleichphasige Komponente ist zur Feststellung des bewegten Objekts M unnötig. Andererseits stören kräftige Schallsignale wie der Ton einer Klingel B die als Medium für die Fortpflanzung der Ultraschallwellen dienende Luft, wie Fig. 7A zeigt, und erzeugen starke Zweiseitenbandmodulationen in den empfangenen Signalen, wie Fig. 7B erkennen läßt. Es empfiehlt sich deshalb, zur Störbefreiung diese Zweiseitenbandsignale zu unterdrücken. In diesem Falle kann eine gegenphasige Trennung der empfangenen Wellen durchgeführt werden, da die Phasendifferenzdetektoren 14 und 15 kein Ausgangssignal abgeben, wenn der jeweils zugeordnete Verstärker und Entzerrer 12 oder 13 den Pegel "H" zeigt, aber die gleichphasige Komponente kann nicht unterdrückt werden. Das gelingt erst dadurch, daß beide Signale dem Phasenfilter 19 derart zugeführt werden, daß die gleichphasigen Komponenten sich gegenseitig auslöschen und die Eingangssignale des D/A-Umsetzers 20 unveränderlich sind. Selbst wenn nämlich beide Ausgangssignale der Phasendifferenzdetektoren 14 und 15 gleichzeitig auftreten, werden nämlich in noch zu erläuternder Weise das nicht invertierte Ausgangssignal und das invertierte Ausgangssignal an Widerständen derart spannungsgeteilt, daß ihre Signale einander auslöschen und die Bezugsspannung des D/A-Umsetzers 20 bei 1/2 Vcc verbleibt,(Fig. 2B).

Andererseits verteilt sich das akustische Spektrum der Klingel nicht nur auf das Hörfrequenzband, sondern setzt sich auch im Ultraschallfrequenzband fort. Diese Verteilung

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ist nicht immer konstant, so daß in einem Moment z. B. die Spektralverteilunq nach FLa. 8Ά und in einem anderen Moment die Spektralverteilung gemäß Fia. 8B auftritt. Es ergibt sich also eine sehr zufällige, zeitlich schwankende Spektralverteilung. Das Spektrum der ausgesandten Signale besteht aus einem zufällig oberhalb und unterhalb der Trägerfrequenz verteilten Seitenfrequenzband. Wenn diese Zufallsverteilung oberhalb und unterhalb der Trägerfrequenz gut ausgeglichen ist, ergibt sich kein Problem. Wenn die Spektralverteilung aber im Durchschnitt unausgeglichen ist, gibt der Detektor Alarm. Nun wurde aber beobachtet, daß bei einer Bewegung des menschlichen Objekts in einer Richtung, die sich eine bestimmte Zeit lang fortsetzt, das von dieser Bewegung herrührende Empfangssignal während dieser Zeitdauer ständig im oberen oder unteren Seitenfrequenzband verbleibt, während die in dem Klang einer Klingel od. dgl. vorhandene UItraschallkomponente zufällig oberhalb und unterhalb der Trägerfrequenz verteilte Seitenfrequenzbänder hervorruft. Diese Tatsache wird in der oben beschriebenen Weise ausgenutzt, indem die Diskriminationsgrenze in Abhängigkeit vom Pegel des Seitenfrequenzbandes auf der anderen Seite verändert wird. Auf diese Weise ist es gelungen, eine Falschbetätigung durch Klingeltöne u. dgl. auszuschließen.

Ein Zahlenbeispiel möge das Gesagte erläutern.

Der Oszillator 1 in Fig. 1 und 2 erzeugt ein Rechtecksignal von etwa 100 kHz, das in den Frequenzteilern 2 und 3 zweimal halbiert wird und schließlich eine Frequenz von 26300 Hz erhält. Diese Schwingung wird im Verstärker 4 verstärkt und auf den Ultraschallgeber 5 gegeben. Die aus der überwachten Zone reflektierten Ultraschallwellen gelangen zusammen mit den direkt übertragenen Wellen zum

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Aufnehmer 6 und werden in ein elektrisches Signal umgewandelt, das im Verstärker 7 verstärkt wird. Hierbei wird nur ein Frequenzbereich ausgewählt und verstärkt, der durch einen an den Kollektor des Transistors Tr„ angeschlossenen Abstimmkreis bestimmt ist. Im Verstärker 7 befindet sich ferner ein Verstärkungsregler 7¹.

Fig. 9A bis 9F zeigen die Schwingungsformen an den Ausgängen der Flipflops des 9O°-Phasenschiebers und Frequenzteilers 3 und der Quadraturdetektoren. Fig. 9A zeigt eine ausgesandte Welle und Fig. 9D die entsprechende empfangene Welle. Im ersten Quadraturdetektor 8 wird gemäß Fig. 9B die Diode D_ vom Q-Ausgang f' des Flipflops Ic, ₂ im Frequenzteiler 3 umgeschaltet. Ebenso wird gemäß Fig. 9C die Diode vom Q-Ausgang f des Flipflops Ic_4-. des Frequenzteilers 3 in einem 90 dagegen phasenverschobenen Rhythmus ein- und ausgeschaltet. Damit erqeben sich die in Fig. 9E und 9F dargestellten Ausgangssignale. Nur während die Ausgänge Q der Flipflops Ic_4-1 und Ic₄_~ auf hohem Signalpegel liegen, tritt das empfangene Signal an den betreffenden Ausgängen der Quadraturdetektoren 8 und 9 auf.

Fig. 10 zeigt den Signalverlauf in den weiteren Stufen für den Fall, daß ein festzustellendes Objekt sich im Schallfeld entfernt. Wenn die Ausgangssignale der Quadraturdetektoren 8 und 9 auf die Tiefpässe 10 und 11 gegeben werden, erzeugen diese Ausgangssignale V und V entsprechend den Kurven (f) und (g) in Fig. 1OA. Die nicht invertierenden Verstärker Ic,., und Ic_1-2 der Verstärker und Entzerrer 12 und 13 machen daraus die Signale V und V entsprechend den Darstellungen (h) und (i) in Fig. 1OA. Diese Signale werden auf die Phasendifferenzdetektoren 14 und 15 gegeben. Wenn man von den Dioden Dx und Dy absieht, werden die Eingangssignale in diesen Stufen durch die Kondensatoren Cx

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und Cy differenziert, so daß die Siqnale V., und V , gemäß den Darstellungen (j) und (k) in Fia. 1OA erhalten werden. In Wirklichkeit sind aber die Dioden Dx und Dy vorhanden, weshalb nur dann ein positiver Impuls durchgelassen wird, wenn beide Dioden geöffnet sind. Deshalb wird im vorliegenden Falle nur in der Spannung V ein Signal erzeugt, während die Ausgangsspannung V verschwindet, wie die Darstellungen (1) und (m) in Fig. 1OA zeilen. Die Spannung V wird dem Phasenfilter 19 und dem D/AUmsetzer 20 zugeführt. Da aber die Spannung Vt gleichphasig mit der Spannung Vv ist und die Spannung Vv/ der umgekehrten Spannung Vu entspricht, ergeben sich die Spannungen Vv und Vw entsprechend den Darstellungen (n) und (o) in Fig. 10. Da die Spannung Vo einer an den Widerständen R- und R₂ geteilten Spannung 1/2 Vcc entspricht (Vcc ist die Betriebsgleichspannung), die Diode Dz_ aber umgekehrte Polarität aufweist, hat sie keinen Einfluß auf die Spannung Vo, wenn die Spannung Vw auf hohem Niveau liegt; wenn dagegen Vw auf niedrigem Niveau liegt, verringert sie die Spannung Vo stufenweise. Die Spannung Vo wird im Kondensator Cc geglättet, wie die Darstellung (p) in Fig. 1OB zeigt. Nun werden in den beiden Grenzdiskriminatoren 21 und 22 die Bezugsspannungen Vz₁ und Vz_ der Komparatoren Ic, ., und Ic,, so angenommen, daß

Vz₂ < 1/2 Vcc < Vz₁.

Wenn Vo kleiner als Vz₂ ist, wechselt Ic, ₄ das Vorzeichen, Ic ₃ bleibt, wie es ist, der Transistor Tr- wird leitend und das Alarmrelais Ry wird betätigt. Die Schwingungsformen bei Ic ., Ic, ₃, Tr_, Ry und LED sind in (r), (s), (t), (u) bzw. (v) in Fig. 1OB dargestellt.

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AS

Der oben beschriebene Fall entsprach wie gesagt einer Entfernung des bewegten Objekts vom Aufnehmer, ct. h. das Empfangssignal enthielt die untere Seitenbandkomponente. Für den Fall der oberen Seitenbandkomponente, d. h. der Annäherung eines bewegten Objekts, eraeben sich die Schwingungsformen gemäß Fig. 11. In diesem Falle wird Ic_1-3 geöffnet. Eine Erläuterung im einzelnen erscheint überflüssig.

Wenn nun die obere und die untere Seitenfrequenzbandkomponente abwechselnd in dem Fmpfangssignal auftreten, d. h. wenn das Objekt sich vor- und rückwärts bewegt, schlägt die Spannung Vo gemäß Diagramm (c) in Fig. 12 abwechselnd nach oben und unten aus, und zwar innerhalb des Bereichs von Vz. und Vz_ mit dem Mittelwert 1/2 Vcc, so daß weder Ic_1-3, noch Ic_1-4 geöffnet werden. Wenn ferner beide Seitenfrequenzbandkomponenten im empfangenen Signal ungefähr gleichmäßig auftreten und nur ihre Pegel schwanken, d. h. wenn amplitudenartige Komponenten wie Luftturbulenzen vorhanden sind, löschen sich Vv und Vw gegenseitig aus und die Spannung Vo ist gleich 1/2 Vcc, wie Diagramm (e) in Fia. 13 zeigt. Wenn also die Ausgangssignale durch Ic_1-, und Ic, . wie vorgesehen getrennt geliefert werden, kann unterschieden v/erden, ob das bewegte Objekt sich nähert oder sich entfernt.

Wenn nun eine Komponente der Doppler-Frequenz unregelmäßig auftritt, wie es bei Klingeltönen der Fall ist, ergeben sich Signale Vt, Vu, Vv, Vt¹, Vw, Vu¹ und Vo wie in den Diagrammen (a) bis (g) in Fig. 14. Die Ausgangssignale Vt und Vu der Phasendifferenzdetektoren 14 und haben einen unregelmäßigen Verlauf und lassen sich auch in dem Phasenfilter 19 nicht gegenseitia auslöschen. Wie

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Diagramm (g) in Fig. 14 zeigt, übersteigt die Spannung Vo die Grenzspannungen Vz. und Vz- beider Grenzspannungsdiskriminatoren 21 und 22. Die Komparatoren Ic, , und ^Icl-4 ^kiPP^en deswegen willkürlich hin und her und das Relais Ry wird abwechselnd angezogen und abgeworfen.

um dieses unerwünschte Ergebnis zu vermeiden, wird gemäß Fig. 2B das Ausgangssignal Vt des Phasenddifferenzdetektors 14 umgekehrt und ergibt das Signal Vt¹; das Ausgangssignal Vu dee Phasendifferenzdetektors 15 wird dagegen nicht invertiert und ergibt das Signal Vu¹. Der erste Integrator 17, mit dem die untere Grenrspannung Vz, des Untergrenzendiskriminators durch die Spannung Vt¹ an der Ausgangsseite des oberen SeiteflSrequenEbandes nach unten gesteuert wird, ist mit dem Komparator Ic« . verbunden, während der zweite Integrator 18, mit dem die obere Grenzspannung Vz. des Obergrenzendiskriminators durch die Spannung Vu' am Ausgang des unteren S*»itenbandes nach oben gesteuert wird, mit dem Komparator Ic_1-- verbunden ist. Auf diese Weise werden die oberen und unteren Grenzspannungen Vz. und Vz- an das Niveau der Störsignale angepaßt und ergeben die Spannungen Vz¹. und Vz' , wie das Diagramm (h) in Fig. 14 erkennen läßt. Wie man sieht, verläuft das Störsignal Vo völlig innerhalb der so modifizierten Grenzen.

Die Werte der Kondensatoren C. und C- in den beiden Integratoren 17 und 18 sind so gewählt, daß im Falle des Vorhandenseins des Signals nur im oberen oder im unteren Seitenfrequenzband der betreffende Kondensator gesättigt ist und die Spannungen Vz¹. und Vz'₂ nicht mehr schwanken, als zur Verhinderung ungünstiger Einflüsse festgelegt ist.

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Dank den beschriebenen Schaltungsmaßnahmen wird also
eine Fehlbetätigung nicht nur dann vermieden, wenn die Doppler-Komponente nur in einem Seitenfrequenzband auftritt, sondern auch dann, wenn die Doppler-Komponente in unregelmäßiger Form in beiden Seitenfrequenzbändern vorhanden ist, wie es z. B. auf Klingeltöne zutrifft.

Ferner sind gemäß Fig. 2A in den beiden Quadraturdetektoren 8 und 9 die Ausgänge Q der in Kaskade geschalteten Flipflope Ic. , und Xc. ~ vom D-Typ mit den Eingängen der zugeordneten Quadraturdetektoren 8 und 9 über die Dioden D. und D₂ verbunden. So erhält man Quadraturdetek toren hoher Zuverlässigkeit auch ohne eine so komplizierte und kostspielige Schaltung bekannter Art, wie sie in Fig. 15 zu« Vergleich dargestellt ist. Die Flipflops
vo* D-Typ sind billig, da sie ebenfalls auf der Verwendung eines Frequenzteilers beruhen.

In den Phasendifferenzdetektoren 14 und 15 sind gemäß Fig. 2A die Ausgänge der Entzerrer 12 und 13 über die Dioden Dx und Dy kreuzweis· derart mit den Phasendifferenz- detektoren 14 und 15 verbunden, daß das Differenzierglied aus dem KondensatorCx und d«m Widerstand Rx über die Diode Dx an den Ausgang des Differenziergliedes aus Kondensator Cy und Ry gelegt ist und umgekehrt das Differenzierglied Cy, Ry über die Diode Dy an den Ausgang -von Cx, Rx angeschlossen ist. Wenn also das Eingangssignal des ersten Phasendifferenzdetektors 14 in der Phase voreilt, gelangen die differenzierten Detektorsignale zum Ausgang des zweiten Phasendifferenzierdetektors 15 und umgekehrt. Dies ergibt «inen sehr einfachen Aufbau der Phasendifferenzdetektoren.

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- urin dem Phasenfilter 19 zur Eliminierung der gleichphasigen Komponente und dem D/A-Umsetzer 20 nach Fig. 2B sind die Widerstände r in Serie mit den Dioden Dz, und

ο 1

Dz₂ in gleicher Polarität zwischen zwei digitale Ausgangsklemmen geschaltet und an die Verbindungsstelle der beiden Widerstände r ist die Kettenschaltung eines ersten Integrators mit dem Kondensator Ca und eines zweiten Integrators mit dem Kondensator Cb und dem Widerstand R_ angeschlossen. Dadurch wird die Eliminierung der gleichphasigen Komponente ermöglicht und eine analoge Ausgangsspannung,di· den Eingangszustand des Digitalsignals entspricht, wird gebildet. Die Eingangszustände der beiden Digitalsignalarten können allein durch die Entscheidung diskriminiert werden, ob die analoge Ausgangsspannung höher als, gleich wie oder niedriger als die Bezugsspannung ist oder ober- und unterhalb derselben schwankt; so kann die nachfolgende Auswertung in einfacher Weise durchgeführt werden. Da ferner die Grensspannung, bei welcher der Obergrenzen- und der Untergrenzendiskriminator ansprechen, von dem Detektorintegrator gesteuert wird, ist selbst im Fall einer unregelmäßig schwankenden Doppler-Frequenzkomponente, wie in Pig, 8A dargestellt, eine Falschbetätigung ausgeschlossen.

Demgegenüber ist in einer bekannten Überwachungsanlage gemäß Fig. IC der Fhasendifferenzdetektor so ausgebildet, dafi geprüft wird, ob eines der beiden Ausgangssignale des Quadraturdetektor* positiv oder negativ hinsichtlich des als Bezugspegel dienenden anderen Ausgangssignals ist, und dieses Ausgangssignal wird in ein Analogsignal umgesetzt. In einer solchen Schaltung kann aber die gleichphasige Komponente eines Signals mit unregelmäßig schwankender Doppler-Frequenzkomponente wie in Fig. 8A und 8B

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nicht eliminiert werden und es ist keine Kompensation möglich, wenn die oberen und unteren Seitenbandkomponenten wie bei Klingeltönen zufällig verteilt sind.

Wenn ferner bei der bekannten Schaltung die Ausgangssignale des Quadraturdetektors nahezu phasengleich sind und das abzugreifende Signal ungefähr sinusförmig verläuft, wie es in Fig. 17A dargestellt ist, entstehen keine Probleme. Wenn aber das Signal infolge von Klingeltönen od. dgl. eine hohe Amplitude hat, ist das Ausgang^signal des Quadraturdetektors gesättigt und verläuft nahezu rechteckig, wie Fig. 17B zeigt. Wenn in diesem Falle die beiden Ausgangssignale des Quadraturdetektors nahezu gleichphasig sind, ergibt sich fälschlich das gleiche Ausgangseignal wie im Falle eines tatsächlich bewegten Objekt·.

Da ferner in der bekannten Schaltung das eine Ausgangs- signal des Quadraturdetektorβ durch Abtasten im Vergleich zu dem anderen Ausgangssignal gewonnen wird, ist die Ausgangsspannung in dem Falle gleich Hull, indem kein Zielobjekt erfaßt wird. Die Bezugeepannung beträgt also Null Volt und sur Erzielung einer positiven und einer negativen Spannung sind zwei Spannungsquellen erforderlich.

Demgegenüber sind in der Schaltung nach Fig. 2A und 2B die Ausgangssignale der Phasendifferenzdetektoren entsprechend der Annäherung und der Entfernung des Zielobjekts aufgeteilt, die entsprechenden Ausgangssignale werden durch die Werte Null und Plus ausgedrückt, diese beiden Ausgangssignale werden durch das Phasenfilter unterschieden und die Annäherung oder Entfernung des

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Zielobjekts wird durch Vergleich mit der halben Betriebsgleichspannuna als Bezugspegel diskriminiert, so daß nur eine Spannungsquelle benötigt wird und die Schaltungsanordnung vereinfacht ist.

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Claims (5)

1. 74ATSUSHITA ELECTRIC WOFKS, LTD., Osaka/Japan

   Patentansprüche

   ( Ir jJltraschall-tiberwachungsanlage für bewegte Objekte, worin ein Geber, der von einem Oszillator über einen Freouenzteiler beaufschlagt wird, Ultraschallwellen abstrahlt, die von einem Aufnehmer empfangen und dann verstärkt werden, wonach die Frequenzen des abgestrahlten und des aufgenommenen Signals in einen Detektorteil, der einen Quadraturdetektor und einen Phasendifferenzdetektor enthält, in Pegelsignale umgewandelt und verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß nur eines der beiden Pegelsignale (Vt, Vu) umgekehrt und mit dem anderen Pegelsignal kombiniert wird, daß die betreffenden Signale über einen Integrator (17, 18) mit einer Bezugsfrequenzquelle (1/2 Vcc) verbunden sind und daß zwei Komparatoren (21, 22) mit fester Durchlaßbreite parallel zueinander derart mit der Bezugssignalquelle verbunden sind, daß beim überschreiten der Durchlaßgrenzen (Vz₁, Vz _) nach oben oder unten ein Ausgangssignal auftritt.

   Dr.Hk/Du.

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   ORIGINAL INSPECTED
2. 2. überwachungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ouadraturdetektor (8, 9) eine Diode (D.. , D_) enthält, die mit einem um 90 phasenverschobenen Signal aus dem Frenuenzteiler (3) umgeschaltet wird.
3. 3. Überwachunasanlage nach Anspruch 1, dadurch aekennzeichnet, daß der Phasendif ferenzdetektor (14, 15) zwei Kondensatoren (Cx, Cy) enthält, die zur Differenzierung der Ausgangssignale zweier Entzerrer (12, 13) dienen, und daß das differenzierte Ausgangssignal jedes Kondensators über eine Diode (Dx, Dy) an den Ausgancr des anderen Entzerrers gelegt ist.
4. 4. Überwachungsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Phasendifferenzdetektoren (14, 15), deren Ausgangssignale nach Umkehrung eines derselben in einer Inversionsstufe (16) einem Phasenfilter (19) zur Eliminieruncr der gleichphasigen Komponente und anschließend einem Digital-Analogumsetzer zugeführt werden, wobei das Phasenfilter zv/ei in gleicher Richtung hintereinander geschaltete Dioden (Dz~, Dz..) und zwischen ihnen in Serie geschaltete Widerstände r enthält und der D/A-Umsetzer (20) aus zwei an eine Anzapfung der Widerstände (r Jangeschlossenen Integratoren (Ca, Cb) in Kettenschaltung besteht, deren Ausgänge einerseits an die Bezugsspannungsquellen (1/2 Vcc), andererseits an die Komparatoren (21, 22) gelegt sind.

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5. 5. Überwachungsanlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Integratoren (17, 18), welche die Ausgänge der Phasendifferenzdetektoren (14, 15) überkreuzt derart mit den Eingängen der Komparatoren (21, 22) verbinden, daß die Durchlaßgrenzen derselben sich in Abhängigkeit von der Phasendifferenz des jeweils dem anderen Komparator zugeordneten Frequenzbandes verschieben lassen.

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