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System zur Objektsicheruna mittels einer Mikrowellenschranke
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Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Objektsicherung mittels
einer Mikrowellenschranke mit einem Sender und einem Empfänger, der eine von der
Empfangsfeldstärke abhängige Meßspannung an eine Auswerteschaltung für die Alarmabgabe
abgibt.
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Bei bekannten Systemen der vorstehend genannten Art erfolgt in der
Auswerteschaltung eine Uberwachung dadurch, daß einerseits die Empfangsfeldstärke
auf eine Mindestfeldstärke hin überwacht wird, um eine Alarmabgabe bei einer irrtümlichen
oder vorsätzlichen Unterbrechung bzw. Abschirmung der Mikrowellenschranke in größerem
Ausmaß oder einem Senderausfall zu erzielen, und andererseits durch eine sog. dynamische
Feldstärke-Uberwachung für Feldstärkeänderungen in einem Frequenzbereich von üblicherweise
ungefähr 1 bis 10 Hz, mit der eine Alarmabgabe bei Durchschreiten oder DurchsPringen
der Schranke erzielt-werden soll. In beiden Fällen wird bei den bekannten Systemen
im wesentlichen eine Empfangsfeldstärkeänderung <iiirr}i ein Hindernis innerhalb
der sog. ersten Fre@@elzone der
Mikrowellenstrecke zwischen Sender
und Empfänger erfaßt.
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Diese erste Fresnelzone ist so definiert, daß an ihrer Grenze in der
Wellen-Weglänge zwischen Sender und Empfänger gegenüber einer den Abstand zwischen
denselben direkt und geradlinig zurcklegenden Welle ein Wegunterschied von einer
halben Wellenlänge auftritt. Innerhalb dieser ersten Fresnelzone wird der Hauptanteil
der Energie übertragen, so daß folglich darin eine Abdeckung durch ein Hindernis
auch eine relativ große Empfangsfeldstärkeänderung ergibt, und zwar in Richtung
einer Feldstärkeschwächung. Die erste Fresnelzone umfaßt unter Vernachlässigung
von Verfälschungen durch den Erdboden o.dgl.
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im wesentlichen einen elipsoiden Raum, wobei die Brennpunkte des Elipsoids
der Sender als ideeller Strahlpunkt und der Empfänger als ideeller Empfanospunkt
sind. Um bei den bekannten Systemen mit der Mikrowellenschranke einen möglichst
großen Bereich des Abstands zwischen Sender und Empfänger bis zum Erdboden hin zu
überwachen, ist es notwendig, durch entsprechende Erweiterung der Richtcharakteristiken
von Sender und Empfänger sowie dadurch bedingte Steigerung der Sendeleistung die
erste Fresnelzone aufzuweiten. Dies filhrt zwangsläufig auch dazu, daß die Fresnelzone
nicht nur in Vertikalrichtung, sondern auch in Horizontalrichtung aufgeweitet wird,
wodurch der Raum für die Mikrowellenschranke erweitert wird, der von Hindernissen
freigehalten werden muß. Ferner besteht bei der dynamischen Überwachung die Gefahr,
daß die Mikrowellenschranke von einer Person durch langsame Bewegung am Rande der
ersten Fresnelzone, an dem durch Hindernisse verursachte Feldstärkeänderungen relativ
geringer werden, wie beispielsweise durch Unterkriechen überwunden wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das mit einem räumlich möglichst engen und leistungsschwachen
Schranken feld eine erhöhte Sicherheit gegen Durchdringen der Schranke ohne Alarmabgabe
bietet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.
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Somit erfolgt mit dem erfindungsgemäßen System eine statische Uberwachung
der Empfangsfeldstärke, die sich aus der Mikrowellenschranken-Ubertragung vom Sender
her im Bereich bis zu ungefähr der sechsten Fresnelzone der Mikrowellenschranke
ergibt. Auf diese Weise kann durch entsprechende Ausgestaltung der Richtcharakteristiken
von Sender und Empfänger der Raumbedarf für die Mikrowellenschranke unter gleichzeitiger
Verringerung der aufgewandten Leistung verringert werden, während zugleich sichergestellt
ist, daß die Mikrowellenschranke nicht durch Unterkriechen oder dergleichen überwunden
werden kann.
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celbstverständlich wird dabei auch ein ganz langsames Durchschreiten
der Mikrowellenschranke verhindert. Auch eine langsame Teilabdeckung des Schrankenquerschnitts,
die mittels einer Feldstärken-Minimalwertüberwachung nicht erfaßt werden würde und
trotzdem einen Uberwachungs-"Schatten" verursachen würde, wird mit dem erfindungsgemäßen
System verhindert. Die engere Bündelung der Strahlen der Mikrowellenschranke unter
gleichzeitiger Leistungsverringerung hinsichtlich der Sendeleistung hat den Vorteil,
daß mögliche Störungen an Systemen mit der gleichen Wellenlänge oder auch einer
anderen Wellenlänge verringert werden können. Da ferner zugleich die Empfangs-Richtcharakteristik
des Empfängers eingeengt werden kann, wird dessen Störanfälligkeit verringert.
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Vorteilhaft ist der Spannungsabstand zwischen der oberen und der
unteren Ansprechschwellspannung einstellbar, so daß das System den jeweiligen Gegebenheiten
angepaßt werden kann und Fehlalarme durch kleine Körper vermieden werden können,
die ihrer Fläche entsprechend nur kleine Feldstärkeschwankungen hervorrufen können,
wie beispielsweise durch die Mikrowellenschranke fliegende Vögel oder dergleichen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist
im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 3 aufgeführt. Bei dieser Schaltung wird
nach Patentanspruch 4 vorteilhaft die Meßspannung mit einer Vergleichsgrundspannung
verglichen, die aus der Meßspannung mittels eines Siebglieds mit einer Zeitkonstante
in der Größenordnung von Minuten gewonnen wird. Auf diese Weise können Fehlalarme
vermieden werden, die durch klimabedingte nderungen der Empfangs feldstärke verursacht
sind, wie beispielsweise durch Nebel, Temperaturänderungen, die elektrische Schaltungselemente
beeinflussen, oder dergleichen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems besteht
darin, daß der Vergleicherstufe ein Zeitglied nachgeschaltet wird, welches nur auf
ein Ausgangssignal der Vergleicherstufe anspricht, das länger als eine vorbestimmte
Zeit bestehen bleibt. Durch diese Maßnahmen können kurze Störungen, wie sie beispielsweise
durch Grasbewegungen, Blitz, Wolkenbruch o.dgl. hervorgerufen werden, bei der Auswertung
zur Alarmabgabe ausgeschaltet werden. Diese vorbestimmte Zeitdauer kann zur Anpassung
an jeweilige Gegebenheiten einstellbar sein. Im Zusammenhang damit kann eine dynamische
Uberwachungsschaltung unempfindlicher gemacht werden, so daß sie damit relativ schnelle
Bewegungen eines Hindernisses, wie sie beim Durchgehen oder Durchlaufen der Schranke
auftreten, nur noch im Bereich großer FeldstHrkeänderungen, d.h.
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im Bereich der ersten Fresnelzone erfassen. Auf diese Weise kann durch
Wahl der vorbestimmten Zeitdauer für ein Signal aus der Vergleicherstufe und eine
in ihrer Frequenz entsprechende dynamische Überwachung eine Aufteilung des Schranken-Ouerschnitts
in einen Kernbereich innerhalb der ersten Fresnelzone, in welchem die für relative
Feldstärkeänderungen unempfindlich eingestellte dynamische Überwachungs-Auswertung
wirksam ist, und einen um den Kernbereich herumliegenden Bereich aufgeteilt werden,
in welchem nur langsame Feldstärkeveränderungen zur Alarmabgabe herangezogen werden.
Damit können
wirkungsvoll Fehlalarme ausgeschlossen werden, die
beispielsweise durch schnelle Grasbewegungen oder durchfliegende Vögel im zweiten
Bereich verursacht werden könnten. Ein Unterkriechen der Schranke wird selbstverständlich
auch bei dieser Ausgestaltung zu einem Alarmsignal ausgewertet.
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Bei dem erfindungsgemäßen System wird eine erhöhte Sicherheit gegen
Fehlalarme dadurch erzielt, daß der Vergleicherstufe eine monostabile Kippstufe
und ein Eingang eines UND-Glieds nachgeschaltet wird, dessen zweiter Eingang mit
dem Ausgang der monostabilen Kippstufe verbindbar ist. Auf diese Weise kann wahlweise
eine Alarmabgabe davon abhängig gemacht werden, daß aufeinanderfolgend innerhalb
eines vorbestimmten Zeitraums zwei Alarmkriterien auftreten, nämlich eine Veränderung
der Empfangsfeldstärke beim Eindringen eines zu meldenden Objekts in die Mikrowellenschranke
und danach beim Austreten dieses Objekts aus der Mikrowellenschranke.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems unter Verwendung
von Parabolspiegeln mit Hohlweitern für den Sender und dem Empfänger erfolgt die
Einengung des Mikrowellenschranken-Felds bzw. die Bündelung der Richtcharakteristik
von Sender und Empfänger dadurch, daß an die Hohlleiter Trichter mit Rechteckquerschnitt
angesetzt werden, die zu den Parabolspiegeln hin öffnen. Auf diese Weise kann unter
Beibehaltung aller Vorteile des Systems der Flächenbedarf für die Mikrowellenschranke
verringert werden, so daß diese leichter beispielsweise zwischen einem Zaun und
einem Gebäude errichtet werden kann.Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Hohlleiter
und die Trichter in Bezug auf die Brennpunkte der Parabolspiegel feststellbar zu
machen, da auf diese Weise die Form der Mikrowellenschranke den Umständen gemäß
eingestellt werden kann. Diese Maßnahme erlaubt somit eine optimale Anpassung des
Mikrowellenschranken-Querschnitts an die örtlichen Gegebenheiten sowie auch an die
Sicherungs-Erfordernisse, die beispielsweise durch den zur
Verfügung
stehenden Raum für die Mikrowellenschranke, durch die Höhe und Art einer Umzäunung,
die Höhe und Art angrenzender Gehäude und dergleichen bestimmt sind.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausftihrungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Mikrowellenschranken-Feld des
Systems.
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Fig. 2 zeigt schematisch die Abhängigkeit einer im System über die
Mikrowellenschranke erzielten Meßsnannunq von der Eindringtiefe eines Hindernisses
in die Mikrowellenschranke.
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Fig. 3 ist ein Plockschalthild einer Ausführungsform der Auswerteschaltung
des Systems.
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Fiq. 4 sind Kurvenformdiagramme zur Darstellung der Funktion der
Gleichspannung- Vergleicherstufe in dem System.
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Fig. 5 zeigt einen detailierten Schaltunasaufbau der Gleichsnannun-
- Vergleicherstufe des Systems.
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Fig. 6 zeigt schematisch den Aufbau eines mit einem Parabolspiegel
ausqestatteten Senders oder EmDfängers der Mikrowellenschranke des Systems.
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Fig. 7 zeigt schematisch Uberwachungs-Bereiche im verschnitt eines
Mikrowellenschranken-Feldes des Systems.
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In der Fig. 1 ist schematisch eine Mikrowellenschranke zwischen einem
Sender 10 und einem Empfänger 11 dargestellt.
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In dieser Darstellung sind Fresnelzonen 12, 13 und 14 idealisiert
angedeutet.
Ihr tatsächlicher Verlauf erfährt eine Verfälschung durch den Erdboden, bzw. durch
Reflexionen am Erdboden. Ferner können die Richtcharakteristik-Achsen 15 von Sender
10 und Fmpfänger 11 in einem allerdings sehr kleinem Knick aufeinanderstoßen, wodurch
sich eine weitere Veränderung der Form des von den Fresnelzonen begrenzten Felds
ergibt.
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Die Fresnelzonen sind als Ortspunkte fiir Elementarwellen definiert,
bei denen gegenbber direkt vom Sender zum Empfänger gelangenden ellen Wegunterschiede
vom n-fachen einer halben Wellenlange auftreten, wobei n die Ordnung der Fresnelzone
bezeichnet. Zwischen diesen Fresnelzonen treten Zonen auf, an denen die Wegunterschiede
ein ungradzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge sind, so daß Beiträge von Elementarwellen
dieser Zonen die Leistungsdichte am Empfänger verringern.
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Fiir die Fresnelzonen höherer Ordnung gilt (rF) = rF x n wenn rF der
Radius der ersten Fresnelzone ist und n die Ordnung der Fresnelzone ist.
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In der Fig. 2 ist schematisch die Beeinflussung des Empfangs durch
Hindernisse im Schrankenfeld gezeigt, die nach der Skizze rechts unten einen Achsabstand
A zur Schrankenachse hahen, wobei die Schrankenachse geradlinig oder leicht geknickt
sein kann. Dieser Achsabstand der Hindernisse-ist in Einheiten des Radius der ersten
Fresnelzone, nämlich von rF aufgetragen, während die Feeinflussung des Empfangs
als eine logarithmisch ausgedrbckte Meßspannung Um am Empfänger dargestellt ist.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, besteht bei einem Hindernis innerhalb der ersten
Fresnelzone, d.h. bei einem positiven Achsabstand bis zu rF ein im wesentlichen
ohne Richtungsänderung verlaufender Zusammenhang zwischen log Um und A, während
für einen Achsanstand A des Hindernisses von mehr als rF der Zusammenhang zwischen
log Um und A in Form einer Wellenlinie mit abnehmend großer Amplitude darstellbar
ist. Bei dem Objektsicherungssystem wird dieser Hindernislagenbereich mit A >
rF zur Auswertung für die
Alarmabgabe aenutzt.
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Die Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform für die
Auswerteschaltung des Objektsicherungssystems.
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Bei dieser Schaltung wird eine Empfangsspannung Ue, die aus einer
nicht gezeigten Empfangsvorrichtung in Abhängigkeit von der Emnfangsfeldstärke unter
grober Vorregelung erzielt wird, über einen Vorverstärker 301 einer dynamischen
Uherwachungsstufe 302 und einer statischen Überwachungsstufe 303 als Meßspannung
Um zugefilhrt. Wenn in diesen beiden über wachungsstufen 302 und 303 ein Alarmzustand
erfaßt wird, wird über ein ODER-Glied 304 eine Alarmstufe 305 gesteuert, die einerseits
ein Alarmsignal über eine Meldeleitung 306 abgibt und andererseits zur Anzeige im
Empfänger eine Leuchtdiode 307 einschaltet. Die Empfangsspannung Ue wird ferner
einer Schwellwertschaltun 308 zugefÜhrt, an der die Überwachung der reldstarke auf
einen Mindestwert erfolgt, bei dessen Unterschreitung ein Störungssignal auf einer
Störungs-Meldeleitung 310 abgegeben wird, während zugleich für die Anzeige im Empfänger
eine Leuchtdiode 309 eingeschaltet wird.
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In der statischen Uberwachungsstufe des Systems wird die Meßspannung
Um einer Gleichspannung-Vergleicherstufe aus Vergleichern 311 und 312 zugeffihrt,
die die Meßspannung Um mit einer oberen Ansprechschwellspannung Uo bzw. einer unteren
Ansprechschwellspannung Uu vergleichen. In einer Einstellschaltung 313 ist dabei
der Spannungsabstand iXu zwischen der oberen und der unteren Ansprechschwellspannung
Uo bzw. Uu so eingestellt, daß in dieser Gleichspannung-Vergleicherstufe Meßspannungsschwankungen
aus Empfangsfeldstärke-Schwankungen durch Hindernisse außerhalb der ersten Fresnelzone
der Mikrowellenschranke erfaßt werden. Den beiden Vergleichen 311 und 312 ist ein
Zeitglied 314 nachgeschaltet, das ein Ausgangssignal dann abgibt, wenn ein Eingangssignal
für eine einstellbar vorbestimmte Zeitdauer At anliegt. Bei diesem AusfUhrungsbeispiel
ist die Zeitdauer #t zwischen 0,8 und 3 Sekunden einstellbar. Das Ausgangssignal
des Zeitglieds 314
ist an eine monostabile Kippstufe 315 sowie
an einen ersten Eingang eines UND-Gliedes 316 angelegt, dessen zweiter Eingang über
einen Umschalter 317 entweder mit dem Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe
315 oder mit einem festen Signal gespeist ist. Das Ausgangssignal des UND-Glieds
316 führt über das ODER-Glied zur Auslösung der Alarmstufe 305.
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Die Funktion dieser statischen Uberwachungsstufe 303 des Objektsicherungssystems
wird in Einzelheiten anhand der Fig. 4 erläutert, in der mit Bezugszeichen 1 bis
5 in Kreisen Spannungskurvenformen für Spannungen an Punkten 1 bis 5 in Kreisen
in der statischen tiberwachungsstufe 303 dargestellt sind. Somit bezeichnet 1 im
Kreis die Meßspannunq Um, 2 im Kreis die Ausgangsspannung der Vergleicher 311 und
312, 3 im Kreis die Ausgangsspannung des Zeitglieds 314, 4 im Kreis die Ausgangsspannung
der monostabilen Kippstufe 315 unddie Ausgangsspannung des UND-Glieds 316. Nach
Fig. 4 gibt der Vergleicher 311 bei einer Meßspannung über der oberen Ansprechschwellspannung
Uo und der Vergleicher 312 bei einer Meßspannung Um unter der unteren Ansprechschwellspannung
Uu ein Ausgangssignal 1 ab, das an dem Zeitglied 314 anliegt. Wenn nach dem Anlegen
eines derartigen Vergleicher-Ausgangssignals "l"nach der am Zeitglied eingestellten
Zeitdauer t das Vergfeicher-Ausganassinal immer noch besteht, wechselt das Ausgangssignal
des Zeitglieds von "1" auf "O". Nach Abschluß des Vergleicher-Ausgangssignals 1
wechselt nach einer weiteren, nicht näher definierten Schaltungs-Verzögerungszeit
das Zeitglied-Ausgangssignal wieder von 11011 auf "1". Zugleich damit wird die nachgeschaltete
monostabile Kippstufe 315 zur Abgabe eines Ausgangssignals "O" für eine vorbestimmte
Zeitdauer ? ausgelöst, die bei dem Ausführungsbeispiel 50s beträgt. Bei dem hier
gezeigten Ausführungsbeispiel ist das UND-Glied 316 als WAND-Glied aufgebaut, so
daß es je nach Schaltstellung des Umschalters 317 entweder dann ein Ausgangssignal
"1" abgibt, wenn das Zeitglied-Ausgangssignal zu "o" seird, oder dann, wenn sowohl
das Zeitglied-Ausganqssignal als auch das Ausgangssignal der Kippstufe gleich "0"
ist. In den Figuren 3 und 4 ist der letztgenannte Schaltzustand des Umschalters
317 gezeigt.
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Wenn unter diesen Bedingungen eine Person die Mikrowellenschranke
zu unterkriechen versucht, bewirkt sie zunächst einmal durch die verursachte Schrankenabdeckung
einen Anstieg der Meßspannung Um oder Ci über die obere Ansprechschwellspannung
Uo, wodurch der Vergleicher 311 für die Dauer der Überschreitung das Ausgangssignal
O2 mit dem Pegel "1" abgibt. Da nach Fig. 4 in dem Zeitabstand #t vom Beginn des
Vergleicher-Ausgangssignals "1" an dieses immer noch den Pegel 1 hält, wechselt
das Ausgangssignal Q3 des Zeitglieds 314 von "1" auf "0".
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Im Falle der nicht dargestellten Schalterstellung des Umschalters
317 würde dieses Zeitglied-Ausgangssignal "0" einer das UND-Glied bzw. NAND-Glied
316 und das ODER-Glied 304 die Alarmstufe 305 auslösen. Bei der dargestellten Schalterstellung
des Umschalters 317 erfolgt jedoch lediglich nach Abschluß des vergleichers-Ausgangssignais
"1" aus dem Vergleicher 311 nach einer kurzen Schaltungs-Verzögerungszeit ein Triggern
der monostabilen Kippstufe 315, durch das deren Ausgangssignal 4 von "1" auf "0"
für eine Zeitdauer von r = 60 Sekunden wechselt.
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Wenn nun innerhalb dieser Zeitdauer die Person die Mikrowellenschranke
weiter unterkriecht, ruft sie eine Feldabdeckung hervor, die ein Absinken der Meßsnannung
Um oder 1 unter die untere Ansprechschwellspannung Uu ergibt, wodurch der zweite
Vergleicher 312 ein Ausgangssignal 2 mit dem Pegel "1" abgibt.
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Auch dieses Vergleicher-Ausgangssignal "1" wird von dem Zeitglied
314 nach der vorbestimmten Zeitdauer # #t abgefraat und ergibt ein Zeitglied-Ausgangssignal
3 mit dem Pegel "0".
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Da zugleich das Kippstufen-Ausgangssignal 4 auf dem Pegel "0" liegt,
gibt das UND- bzw. NAND-Glied 316 an das ODER-Glied 304 und damit an die Alarmstufe
305 ein Ausgangssignal Q mit dem Pegel 1 ab, das zur Alarmauslösung bzw. Alarmabgabe
führt.
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Pei diesem Schaltungsaufbau werden kurzdauernde Störsignale, wie
sie beispielsweise durch bewegtes Gras, Blitze oder dergleichen hervorgerufen werden
und von denen eines in Fig. 4 in seiner Auswirkung auf die Meßsnannung Um bzw. 1
gezeigt ist, zwar von der Gleichsnannungs-Vergleicherstufe 311 bzw. 312 registriert,
jedoch von dem Zeitglied 314 nicht weitergegeben, wenn ihre Zeitdauer kürzer als
die vorbestimmte Zeitdauer /tt
ist. Damit wird bei diesem Ausffihrungsbeispiel
der Ansprech-Frequenzbereich für die statische Überwachung nach oben zu begrenzt,
was in dem Pflock 303 durch die Angabe 0,5 Hz angedeutet ist. Ferner erfolgt mittels
der monostabilen Kippstufe 315 in der gezeigten Schalterstellung des Umschalters
317 eine Doppelauswertung, die einen Alarm erst nach vollständigem Durchqueren der
Mikrowellenschranke und nicht schon bei einem zufälligen einseitigen Eindringen
in das Schrankenfeld ergibt.
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Bei dem Ausführungsbeispiels des Ohjektsicherungssystems erfolgt
eine Auswertung schneller nderungen der Meßspannung Um in der dynamischen Uberwachungsstufe
302 für einen Frequenzbereich von beispielsweise 0,33 bis 13 Hz. In dieser Uberwachungsstufe
302 wird hinsichtlich der Meßsnannung Um zunächst in einer Empfindlichkeitseinstellungsstufe
318 eine geringere Empfindlichkeit als bei der statischen Überwachung eingestellt.
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Beim Ausfüllrllngsbeispiel wird diese Empfindlichkeit so gewählt,
daß im wesentlichen nur Feldsterkeveränderungen durch ein Hindernis innerhalb der
ersten Fresnelzone mittels dieser dynamischen Uberwachungsstufe 302 erfaßt werden.
Der gewählte Teil der Meßspannung m wird über einen wechselstrom-gekoppelten Verstärker
319 drei Vergleichern 320, 321, und 322 zugeführt. Von diesen Vergleichern spricht
der Vergleicher 320 auf einen relativ geringen Anstieg der Meßspannung Um in dem
genannten Frequenzbereich an und dient zur internen Anzeige von ständig oder gelegentlich
auftretenden Störsignalen im Empfänger, die unter Beobachtung dieser Anzeige bewertet
oder ausgeschaltet werden können, jedoch keine Alarmabgabe ergeben sollen. Ein tatsächlich
das Schrankenfeld durchquerender Fremdkörper entsprechenden Querschnitts bewirkt
aufgrund der Wechselstromkopplung in dem Verstärker 319 zunächst einen Abfall des
Ausgangssignals desselben, der von dem Vergleicher 322 beim Unterschreiten einer
unteren Schwellspannung erfaßt wird und mittels einer dem Vergleicher 322 nachgeschalteten
monostabilen kippstufe 323 zur Erzeugung eines Impulses einer vorbestimmten Zeitdauer
t herangezogen wird, die beim
Ausführungsbeispiel auf 5s eingestellt
ist. Beim weiteren Durchqueren des Schrankenfelds erzeugt danach der Hinderniskörper
am Ausgangssignal des Verst:rkers 319 einen Anstieg, der durch den Vergleicher 321
erfaßt wird, wenn er eine obere Schwellspannung Überschreitet. Mittels eines Umschalters
324 wird das Ausgangssignal dieses Vergleichers 321 oder eine Festspannung an einen
Eingang eines UND- oder NAND-Glieds 325 angelegt, an dessen zweiter eingang das
Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 323 angelegt ist; das Ausgangssignal des
UND- oder NAND-Gliesd 325 führt über das ODER-Glied 304 zu einer Alarmauslösung
in der Alarmstufe 305. Demnach kann diese dynamische Uberwachungsstufe 302 durch
Umschalten des Umschalters 324 so geschaltet werden, daß eine Alarmabgabe entweder
beim Eindringen eines Fremdkörpers in die Mikrowellenschranke oder heim Durchqueren
der Mikrowellenschranke während der durch die vorangestellte Impulsdauer t der monostabilen
Kippstufe 323 erfolgt.
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Die Schwellwertschaltung 308 zur Uberwachung der Empfangsspannung
Ue dient bei diesem Ausführunsheispiel dazu, eine vorsätzliche oder irrtümliche
Abdeckung des Mikroschrankenfelds in großem Ausmaß oder einen Ausfall bzw. eine
starke Verstimmung des Senders anzuzeigen.
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Die Fig. 5 zeigt als detailliertes Schaltbild den Schaltungsaufbau
der Gleichspannung-Vergleicherstufe aus den Vergleichern 311 und 312 und des Zeitglieds
314, deren Funktion anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben wurde. Nach Fig. 5 wird
bei diesem Ausfilhrungsbeispiel die Meßspannung Um über eine Diode D204 und einen
Spannungsteiler aus Widerständen R214 und R216 an den (+) -Eingangsanschluß des
Vergleichers 311 sowie den (-) -Eingangsanschluß des Vergleichers 312 angelegt.
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Andererseits liegt die Meßspannung Um huber eine Diode 203, Widerstände
R213, R215, R217, R218, einen veränderbaren Widerstand Rv202 und einen Widerstand
Po219 an einem Siebglied aus einem Widerstand R220 und einem Kondensator 202 an,
welches eine Zeitkonstante in der Größenordnung von Minuten hat. Die Spannung an
dem Siebglied R220, C202 ist an den (+)- Eingangsanschluß
des Vergleichers
312 als untere Ansprechschwellspannung Uu angelegt. Wenn die vom Spannungsteiler
R214, R216 geteilte Meßspannung diese untere Ansprechschwellspannung Uu unterschreitet,
gibt der Vergleicher 312 ein Ausgangssignal hohen Pegels ab. An den (-)-Eingangsanschluß
des Vergleichers 311 ist über einen Buchsenschalter Bs 201 mit Steck-Stellungen
I bis IV die obere Ansprechschwellspannung Uo angelegt, die sich je nach der gewählten
Stellung des uchsenscalters 201 durch unterschiedliche Spannungsaufteilung an dem
aus den Widerständen R213, R215, R217, R218, Rv202 und R219 gebildeten Spannungsteiler
ergibt, der zwischen die Diode D203 und das Siebglied R220, C202 geschaltet ist.
Wenn an dem Vergleicher 311 die geteilte MeßsDannung die obere Ansprechschwellspannung
Uo überschreitet, gibt der Vergleicher 311 ein Ausgangssignal hohen Pegels ab. Die
Ausgänge der beiden Vergleicher 311 und 312 sind über jeweilige Gegenstromsperr-Dioden
D205 bzw. 206 und einen gemeinsamen Widerstand R221 an einen Ladekondensator 203
angeschlossen, dem ein Widerstand R222 narallel geschaltet ist und der an den (-)-Eingangsanschluß
eines als Zeitglied 314 dienenden Vergleichers angeschlossen ist. An dem (+)-Eingangsanschluß
dieses Vergleichers liegt eine zeitbestimmende Vergleichsspannung Utan, die einstellbar
ist. Wenn nun bei diesem Schaltungsaufbau einer der Ausgänge der Vergleicher 311
oder 312 hohen Pegel annimmt, wird über die jeweilige Diode und den Widerstand R221
der Ladekondensator C203 allmählich aufgeladen. Wenn die- Spannung an dem Ladekondensator
203 die zugeführte- Zeit-Vergleichsspannung Ut erreicht, wechselt der als Zeitglied
314 geschaltete Vergleicher sein Ausgangssignal und gibt damit das an einem der
Vergleicher 311 oder 312 aufgetretene Ausgangssignal weiter. Aufgrund einer weiteren
vom Ladekondensator C203 zu der Zeit-Vergleichsspannung Ut geschalteten Diode D207
erreicht die Spannung an dem Ladekondensator 203 maximal die um die Dioden-Spannung
an der Diode D207 erhöhte Zeit-Vergleichsspannung U Wenn das Ausgangssignal Vergleithers
311 oder 312 wieder niedrigen Pegel annimmt,
wird der Ladekondensator
C203 über den Widerstand R222 entladen, wonach nach einer derart verursachten Schaltunqs-Verzögerungszeit
der als Zeitglied 314 geschaltete Vergleicher wieder sein ursprüngliches Ausgangssignal
annimmt.
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In der Fig. 6 ist schematisch der mechanische Aufbau eines Senders
oder eines Empfängers des Objektsicherungssystems gezeigt, bei dem ein Parabolsniegel
61 mit einem Hohlleiter G2 in Verbidung steht, welcher je nach der Verwendung als
Empfänger oder als Sender Mikrowellen aufnimmt oder abgibt.
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Pei diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen den Hohlleiter 62 und
den Parabolsniegel 61 ein Trichter 63 mit Rechteckquerschnitt gesetzt, der zum Parabolspiegel
61 hin öffnet. Mittels dieses Trichters erfolgt eine Abflachung des Nikrowellenschrankenfelds
im cinne der kürzeren Rechteckseite des Trichters.
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Aiif diese Weise kann i nach den Prfordernissen ein schmales hohes
Mikrowellenfeld mit geringem Bodenflächenbedarf, ein schmales schriges Mikrowellenfeld
mit geringem Bodenflächenbedarf und verbesserter Sicherung gegen ein Ubersnringen
von einer Mauer, einem Zaun o.dgl. her oder ein niedriges hreites rikrowellenfeld
zur Absicherung einer großen Bodenfläche gebildet werden. Eine weitere Moglichkeit
der Formung des Mikrowellenschrankenfelds ergibt sich dadurch, daß mittels einer
schematisch dargestellten Stellvorrichtung 64 der Hohlleiter 62 mit dem Trichter
63 in Bezug auf den Fokus des Parabolspiegels 61 verstellbar ist. Auf diese Weise
kann das Mikrowellenschrankenfeld den Geaebenheiten angepaßt gebündelt oder aufgeweitet
erden, ohne daß für einen jeden einzelfall besondere Hohlleiter oder besondere Trichter
verwendet und ernrobt werden müssen.
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Im einzelnen ergibt sich ei diesem Aufbau ein kleinerer Querschnittsbereich
für das Mikrowellenschrankenfeld unter verbesserter Empfindlichkeit in Längsrichtung
des Trichter-Rechteckquerschnitts, wobei durch das Defokussieren von Hohlleiter
und Trichter in Pezug auf den Parabolspiegel eine weitere Eeeinflussung der Aufweitung
in Längsrichtung des Trichter-Rechteckctuerschnitts erreicht werden kann, so daß
eine höhere Erfassungshöhe und eine verbesserte Sicherheit gegen Unterkriechen
erzielbar
ist.
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Die Fig. 7 zeigt schematisch Erfassungsbereiche im Ouerschnitt des
Mikrowellenschrankenfelds, die bei dem Ausführungsbeispiel des Systems nach den
Fig. 3 bis 6 auftreten.
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In der Fig. 7 ist mit 71 der Bereich der als Kernzone dienenden ersten
Fresnelzone gezeigt, während mit 72 der die Kernzone umgebende Bereich mit weiteren
Fresnelzonen bezeichnet ist, der bis zum Erdboden 73 reicht. Eine Verformung der
Fresnelzonen durch Erdboden-Reflexionen ist hierbei nicht berSicksichtigt, Für den
Außenbereich 72, in dem durch Hindernisse nur geringe Feldstärkeschwankungen hervorgerufen
werden, erfolgt die Hindernis-Erfassung für die Alarmabgabe in erster Linie mittels
der statischen Uberwachungsstufe 303, mit der ein Durchkriechen dieses Bereichs
erfaßt wird, jedoch zugleich ein Fehlalarm aufgrund einer schnellen Grasbewegung
am Erdboden 73 oder dgl.
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vermieden wird. Die in der Kernzone 71 auftretenden großen Verçinderungen
der Feldstärke durch Hinderniskörper werden vorwiegend mittels der dynamischen Überwachungsstufe
302 fiir schnelle Änderungen im Frequenzbereich von 0,33 bis 13 Hz erfaßt. Damit
wird ein Durchgehen, Durchlaufen oder Durchspringen der Schranke gemeldet. Ein langsames
teilweises Abdecken des Schrankenfelds zur trerheiftihrung eines "Feldschattens"
ergibt auch dann, wenn die Schwellwertschaltung 308 für die Nindestfeldstä.rkenüberwachung
nicht anspricht, eine Alarmabgabe durch die statische Uberwachungsstufe 303.
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Damit kann mit dem System zur Objektüberwachung eine sichere Alarmabgabe
bei Eindringen in oder Durchdringen durch die Mikrowellenschranke erzielt werden,
wobei ihre Form und Gestalt auf einfache Weise den jeweiligen Erfordernissen angepaßt
werden kann.
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L e e r s e i t e