DE2820840C3

DE2820840C3 - Anordnung zur Absicherung von Gefahrenbereichen in Untertagebetrieben

Info

Publication number: DE2820840C3
Application number: DE2820840A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 8021 Baierbrunn Mermolia
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-05-12
Filing date: 1978-05-12
Publication date: 1982-01-21
Also published as: FR2425683B1; GB2024568B; DE2820840B2; FR2425683A1; BE876198A; GB2024568A; DE2820840A1; YU111879A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Absicherung von Gefahrenbereichen, insbesondere in Untertagebetrieben, gegen Betreten durch Personen, mittels einer hochfrequenten Anordnung aus einer den Gefahrenbereich durch ein Hochfrequenzfeld abschrankenden Sendeeinrichtung, einer Mehrzahl von als auf die einfallende Hochfrequenzenergie ansprechende Reflexionssender ausgebildeten Signalgebern, die den zu sichernden Personen zugeordnet sind und ein Gefahrensignal von der Frequenz eines Mehrfachen der Frequenz der einfallenden Hochfrequenzenergie ausstrahlen, und einem Gefahrensignalempfänger, sowie einer vom Gefahrensignalempfänger gesteuerten Schalteinrichtung, die Alarmsignale auslöst und/oder Maschinen ausschaltet, unter Verwendung einer kombinierten Sende-/Empfangseinrichtung mit einem ein Mikrcwellensignal der Frequenz k erzeugenden Oszillator im Sendezweig sowie einem nachfolgenden ersten Richtungskoppler, einem Modulator und einem zweiten, mit einer Sendeantenne verbundenen Richtungskoppler und mit einem mit einer auf der im Signalegeber verdoppelten Frequenz 2 ^ empfangenden Empfangsantenne verbundenen Gegentaktmischer im Empfangszweig, dem neben dem empfangenen Signal der Frequenz 2 /₀ ein über den ersten Richtungskoppler im Sendezweig ausgekoppelter Teil der Sendeleistung über einen Frequenzverdoppler zugeführt ist und dessen Ausgang über einen Verstärker mit einer Signalauswertung verbunden ist.

Durch die DE-PS 24 25 332 ist eine Anordnung zur Absicherung von Gefahrenbereichen in Untertagebetrieben bekannt, deren Aufbau zu einem Teil der vorstehend beschriebenen Anordnung entspricht. Dabei ist jedoch nicht berücksichtigt, daß eine solche Anordnung nur dann optimal wirksam ist, wenn ihre Funktionsfähigkeit und Betriebsbereitschaft laufend überwacht wird.

Ferner ist durch die US-PS 40 63 229 ein elektronisches Überwachungssystem zur Absicherung eines Gefahrenbereiches gegen Diebstahl von Waren bekannt, das eine hochfrequente Sendeeinrichtung, auf die einfallende Hochfrequenzenergie ansprechende Signalgeber und auf die von den Signalgebern ausgestrahlten Signale ansprechende Empfänger aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Absicherung von Gefahrenbereichen zu schaffen, bei der zugleich eine Selbstüberwachung erfolgt.

Bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß ein Prüfzweig vorgesehen ist, in dem ein aus dem Sendezweig ausgekoppelter Teil des Sendesignals in der Frequenz verdoppelt und, über einen Schalter mit dem Takt eines Taktgebers periodisch unterbrochen, dem Empfangszweig zur Bildung eines Prüfsignals zugeführt wird.

Der Prüfzweig wird dabei in vorteilhafter Weise

zwischen dem auskoppelnden Ausgang des zweiten Richtungskopplers des Sendezweiges und einem mit der Empfangsantenne verbundenen Richtungskoppler des Empfangszweiges eingeschaltet und aus dem vom Taktgeber angesteuerten Schalter und dem Frequenzverdoppler gebildet

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist der Prüfzweig in den Sendezweig eingeschaltet, derart, daß der über den zweiten Richtungskoppler aus dem Sendezweig ausgekoppelte Teil des Sendesignals über den i requenzverdoppler an den im Sendezweig zwischen diesen Richtungskoppler und Sendeantenne eingeschalteten, vom Taktgeber angesteuerten Schalter geführt ist Hierbei werden zusätzlich die Sende- und Empfangsantenne in den Überwachungskreis mit einbezogen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert

Es zeigt

F i g. 1 eine Prinzipdarstellung der Anordnung,

F i g. 2 und 3 zwei erfindungsgemäße Ausführungsformen jeweils im Blockschaltbild,

Fig.4 eine analoge Signal-Auswertung im Blockschaltbild,

F i g. 5 die Signalauswertung in einem Zeitdiagramm,

F i g. 6 den räumlichen Aufbau der Einrichtungen der Anordnung.

Die Anordnung besteht, wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, im wesentlichen aus drei Teilen: dem Sender S, dem Empfänger £und dem Reflektor R. Dem Empfänger E ist eine Signalauswertung und Alarmanlage SA zugeordnet. Im Sender wird ein Mikrowellensignal mit der Frequenz /0 erzeugt und über eine Antenne 9 abgestrahlt. Kommt ein Reflektor R in den Einflußbereich des Senders S, dann empfängt er das Signal über seine Antenne 10, erzeugt durch Frequenzverdopplung ein Mikrowellensignal mit der Frequenz 2 k und sendet dieses über die Antenne 10 wieder aus. Der Empfänger E, der nur für Mikrowellensignale mit der Frequenz 2 /0, nicht aber k empfindlich ist, empfängt das vom Reflektor R ausgesendete Signal, wertet es aus und löst Alarm aus.

Sender und Empfänger sind fest im Bereich der Gefahrenzone montiert, ein oder mehrere Reflektoren sind an den zu schützenden Personen angebracht.

Anhand des Blockschaltbildes in F i g. 2 sollen der Signalverlauf und die elektrische Funktion der Anordnung im Drtail erläutert werden. Ein Oszillator 1 im Sendezweig der Sende-/Empfangseinrichtung, der durch eine Richtungsleitung 2 von den nachfolgenden Komponenten entkoppelt wird, erzeugt ein Mikrowellensignal der Frequenz Z₀. Dieses gelangt über einen Bandpaß 3, der im Oszillator 1 entstehende Oberwellen unterdrückt, einen Richtungskoppler 4 und eine Richtungsleitung 5 zu einem Pin-Dioden-Modulator 6, der das Mikrowellensignal mit einer Frequenz f_M («100 kHz) moduliert Das modulierte Signal wird über einen weiteren Bandpaß 7 und einen Richtungskoppler 8 an die Sendeantenne 9 geleitet und dort abgestrahlt. Über die Antenne 10 des Reflektors R wird das Signal empfangen und einem Frequenzverdoppler 11 zugeführt. Dieser wandelt das Signal der Frequenz /₀ in ein Signal der Frequenz 2 f₀ um, welches über die Reflektor-Antenne 10 wieder zurückgestrahlt wird. Das vom Reflektor R kommende Signal wird über die b5 Empfangsantenne 12, einen Richtungskoppler 13, einen Bandpaß 14 mit der Durchlaßfrequenz 2 k und eine Richtungsleitung 15 an den Signaleingang eines Gegentaktmischers 16 geleitet Der Bandpaß 14 verhindert dabei, daß auch Signale mit der Frequenz k an den Mischer kommen. Die Lokaloszülatorleistung für den Gegentaktmischer 16 wird durch Auskoppelung eines Teils der Sendeleistung über den Richtungskoppler 4 mit anschließender Frequenzverdoppelung in dem Frequenzverdoppler 18 gewonnen. Ein dem Frequenzverdoppler 18 nachgeschalteter Bandpaß 19 dient zur Unterdrückung der Frequenz fu und der im Verdoppler entstehenden Oberwellen. Eine sich daran anschließende Richtungsleitung 20 entkoppelt Frequenzverdoppler 18 und Gegentaktmischer 16. Da die Lokaloszülatorleistung vor der Modulation ausgekoppelt wird, das empfangene Signal aber moduliert ist, entsteht im Mischer 16 ein niederfrequentes Signal der Frequenz /m, das im anschließenden Verstärker 17 verstärkt und der Signalauswertung 29 zugeführt wird.

Für die Selbstüberwachung der Anordnung ist ein Überwachungskreis (Prüfzweig) vorgesehen, der zwischen dem Richtungskoppler 8 des Sendezweiges und dem Richtungskoppler 13 des Empfangszweiges eingeschaltet ist. Dabei wird ein Teil des ausgesendeten Signals mit der Frequenz Z₀ über den Richtungskoppler 8 ausgekoppelt und über einen Schalter 21 und ein Filter 22 einem Frequenzverdoppler 23 zugeführt, der analog zum Reflektor R die doppelte Frequenz 2 f₀ erzeugt Dieses Prüfsignal mit der Frequenz 2 /0 wird nach Filterung in dem Filter 24 über den Richtungskoppler 13 in den Empfangszweig eingekoppelt und dort genauso verarbeitet wie ein von einem Reflektor empfangenes Signal. Um nun das Prüfsignal von einem Reflektorsignal eindeutig trennen zu können, wird über den Schalter 21 das Prüfsignal periodisch mit einem Takt T unterbrochen. Die Ansteuerung des Schalters 21 erfolgt von einem Taktgeber 27, beispielsweise einem Taktoszillator. Der Taktgeber 27 ist mit der Ansteuerung 25 des Pin-Modulators 6 direkt und mit der Ansteuerung 25 für den Schalter 21, beispielsweise einen Pin-Schalter, über einen Teiler 28 mit dem Teilungsverhältnis 1 :500 verbunden. Über den Teiler 28 ist der Taktgeber 27 ebenfalls mit der Signalauswertung 29 verbunden.

Eine weitere Möglichkeit der Funktionsüberwachung, die zusätzlich die Sende- und Empfangsantenne in den Überwachungskreis mit einbezieht, zeigt F i g. 3. Hiermit kann die gesamte Anlage überwacht werden. Die Erzeugung und Modulation der Mikrowellenleistung erfolgt in der gleichen Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Fig.2. Bei dem im wesentlichen gleichen Schaltungsaufbau sind für gleiche Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet. Hinsichtlich des Aufbaus und der elektrischen Funktion des Systems wird daher auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.

Unterschiedlich ist hierbei der Aufbau des Prüfzweiges. Der durch den Richtungskoppler 8 ausgekoppelte Teil der Mikrowellenleistung mit der Frequenz /₀ gelangt über das Filter 22 an den Frequenzverdoppler 23. Die doppelte Frequenz 2 /₀ wird nach Durchlaufen des Filters 24, das die im Frequenzverdoppler entstehenden Oberwellen unterdrückt, mit dem im Sendezweig zwischen dem Richtungskoppler 8 und der Antenne 9 eingeschalteten Schalter 30 während des Prüftaktes auf die Sendeantenne 9 geschaltet Gleichzeitig wird die Abstrahlung der Frequenz k unterbrochen. Die in der Umgebung vorhandenen Metallteile reflektieren zumindest einen Teil der während des Prüftaktes ausgestrahlten Mikrowellenleistung der Frequenz 2 Z₀-Der auf der Frequenz 2 /₀ selektiv empfindliche

Empfänger nimmt über die Antenne 12 diese reflektierte Leistung auf und verarbeitet sie wie vorstehend beschrieben.

Die Signalauswertung besteht aus einer analogen und einer digitalen Verarbeitung. Die analoge Signalverarbeitung hat die Aufgabe, das vom Gegentaktmischer durch Umsetzung der Mikrowellensignale gelieferte NF-Signal zu filtern, zu verstärken, gleichzurichten und zu digitalisieren (vgl. F i g. 4). Die Signalfilterung erfolgt dabei in einem schmalbandigen Bandpaß 31, der sowohl das NF-Signal aus einem Signalgemisch herausfiltert als auch die hochfrequenten Rauschanteile unterdrückt. Die Anhebung des kleinen Eingangs-Signal-Pegels erfolgt in einem Verstärker 32, beispielsweise einem mehrstufigen Transistor-Verstärker oder Operationsverstärker, deren Verstärkung derart eingestellt ist, daß das kleinste Eingangs-Signal noch sicher in der nachgeschalteten Signalgleichrichtung 33 verarbeitet werden kann. Das gleichgerichtete Signal wird mit Hilfe eines systemspezifischen Tiefpasses 34 in ein Glockensignal umgeformt. Daran schließt sich eine Abtastschaltung 35 mit einstellbarer Schwelle an, die es erlaubt, eventuelle empfangene Stör-Signale geringen Pegels auszublenden. Nach Signal-Filterung, -Verstärkung und -Aufbereitung erfolgt die Signalumsetzung vom analogen Signal in ein digitales Signal.

In Fig.5 ist der Signal-Ablauf-Plan des Systems dargestellt. Anhand dieses Diagramms kann die digitale Signalauswertung abgeleitet werden. Dabei ist in den einzelnen Reihen folgendes dargestellt:

a) Takt für den Pin-Diodenmodulator 27,

b) Takt für den Pin-Diodenschalter 21,

c) Empfangssignal am Ausgang des Mischers 16,

d) Signal nach der Gleichrichtung,

e) Glockensignal nach dem Tiefpaß,

f) analog-digitalumgesetztes Empfangssignal,

g) Signal der Alarm-Meldung,

h) Signal der System-Überwachung.

Durch digitalen Vergleich des Taktes für den Pin-Diodenschalter (b) mit den Empfangssignalen (f) wird sowohl ein Alarmsignal (g) als auch ein Überwachungssignal (h) gebildet. Befindet sich kein Reflektor im Einflußbereich der Sende-Empfangseinrichtung, dann ist während der Zeit Tr des Taktes (b), d.h. bei offenem Schalter, kein Empfangssignal (f) vorhanden. Erst bei Eintritt eines Reflektors in den Einflußbereich ist auch ein Empfangssignal (f) während der Zeit T_R vorhanden. Durch digitale Signalverknüpfungen zwischen dem Takt (b) und dem Empfangssignal (f) wird das Alarmsignal (g) gebildet Nachdem der Gefahrenfall beendet ist, erfolgt von der Steuerzentrale aus die Systemrücksetzung in den Betriebsfaii (Eingang »rückstellen« bei der Signalauswertung 29).

Nachstehend wird die Ableitung des Signals für die Systemüberwachung, d.h. unter Berücksichtigung des Prüfsignals, beschrieben: In den Zeitabschnitten 7> ist der Schalter 21 geschlossen, d. h. das Prüfsignal wird empfangen und ausgewertet Die Auswerteschaltung 29 wird dabei vom Taktgeber 27 so gesteuert, daß ein Empfang von Signalen mit der Frequenz 2 /₀ innerhalb der Zeitabschnitte 7> keinen Alarm auslöst, sondern das Überwachungssignal »Anlage funktionsfähig« ausgegeben wird. Wird aufgrund eines Schaltungsdefektes das Prüfsignal innerhalb der Zeitabschnitte 7>nicht empfangem, wird Alarm ausgelöst (»Anlage defekt«).

In den dazwischenliegenden Zeitabschnitten Tr ist der Schalter 21 geöffnet, so daß kein Prüfsignal empfangen wird. Die Auswerteschaltung 29 prüft in den Zeitabschnitten Tr, ob ein Signal vorhanden ist oder

ίο nicht. Ist ein Signal vorhanden, kann es nur von einem Reflektor stammen, und es wird Alarm ausgelöst (»Mensch im Gefahrenbereich«). Gleichzeitig werden die betreffenden Maschinen, Förderer und Brecher abgeschaltet.

F i g. 6 zeigt die räumliche Anordnung der Sende-/ Empfangseinrichtung und Reflektoren im Untertagebetrieb. Dabei ist mit 38 das Förderband bezeichnet, aui dem sich ein menschlicher Körper mit Reflektoren 37 befindet. Die Sende-/Empfangseinrichtung ist oberhalb des Förderers montiert. Durch eine, in der Figur strichliert eingezeichnete Abschirmung 39 wird der Gefahrenbereich 40 abgeschrankt. Es sind vier Reflektoren vorgesehen, die beispielsweise an einem Gürtel befestigt sind. Dadurch werden Abschattungen durch

den menschlichen Körper vermieden, da immer wenigstens einer der Reflektoren im Einflußbereich der Sende-/Empfangsantenne liegt.

Der Schutz, den das Identifizierungssystem einem sich im Gefahrenbereich aufhaltenden Menschen bietet ist natürlich nur dann wirksam, wenn Reflektoren vorhanden sind. Es muß daher vor Einfahrt in der Stollen kontrolliert werden, ob der Gürtel mit der Reflektoren auch tatsächlich angelegt wurde. Diese Kontrolle kann mit demselben Identifizierungssystem wie es beschrieben wurde, in Verbindung mit einei Schranke irgendwelcher Art, z. B. einer Lichtschranke durchgeführt werden. Wird in unmittelbarer Nachbarschaft des Identifizierungssystems eine Lichtschranke angeordnet dann prüft eine Auswerteschaltung übei

eine »UNDw-Verknüpfung beim Durchschreiten dei Schranke durch die betreffende Person das gleichzeitig« Vorhandensein eines von einem Reflektor kommender Signals. Ist der Gürtel nicht angelegt und kommt dahei dieses Signal nicht so wird Alarm ausgelöst

Mit der Anordnung zur Absicherung von Gefahrenbereichen erfolgt also auch laufend eine Überwachung der Funktionsfähigkeit der Anordnung. Dabei könnet sich Fehler in der Überwachung selbst stets nur zui sicheren Seite hin auswirken. Bleibt nämlich dei Pin-Schalter 21 aufgrund eines Defektes in sich oder ir seiner Ansteuerung in einer Stellung dauernd liegen dann wird während der Taktzeiten 7>oder Tp. entwedei Dauersignai anliegen oder überhaupt kein Signa vorhanden sein, was in jedem Fall zu einem Alarm führi Bleibt der Schalter immer offen, dann fehlt während dei Taktzeit Tp das Prüfsignal und die Systemüberwachunj löst Alarm aus. Im FaIL daß der Schalter dauer™ geschlossen bleibt würde auch während der Taktzeit T₁ ein Empfangssignal vorhanden sein, was einen Reflekto

ω im Einflußbereich der Anordnung vortäuschen um ebenfalls Alarm auslösen würde.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Absicherung von Gefahrenbereichen, insbesondere in Untertagebetrieben, gegen Betreten durch Personen, mittels einer hochfrequenten Anordnung aus einer den Gefahrenbereich durch ein Hochfrequenzfeld abschrankenden Sendeeinrichtung, einer Mehrzahl von als auf die einfallende Hochfrequenzenergie ansprechende Reflexionssender ausgebildeten Signalgebern, die den zu sichernden Personen zugeordnei sind und ein Gefahrensignal von der Frequenz eines Mehrfachen der Frequenz der einfallenden Hochfrequenzenergie ausstrahlen, und einem Gefahrensignalempfanger, sowie einer vom Gefahrensignalempfänger gesteuerten Schalteinrichtung, die Alarmsignale auslöst und/oder Maschinen ausschaltet, unter Verwendung einer kombinierten Sende-ZEmpfangseinrichtung mit einem ein Mikrowellensignal der Frequenz /0 erzeugendem Oszillator im Sendezweig sowie einem nachfolgenden ersten Richtungskoppler, einem Modulator und einem zweiten, mit einer Sendeantenne verbundenen Richtungskoppler und mit einem mit einer auf der im Signalgeber verdoppelten Frequenz 2 /0 empfangenden Empfangsantenne verbundenen Gegentaktmischer im Empfangszweig, dem neben dem empfangenen Signal der Frequenz 2 /0 ein über den ersten Richtungskoppler im Sendezweig ausgekoppelter Teil der Sendeleistung über einen Frequenzverdoppler zugeführt ist und dessen Ausgang über einen Verstärker mit einer Signalauswertung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prüfzweig vorgesehen ist, in dem ein aus dem Sendezweig ausgekoppelter Teil des Sendesignals in der Frequenz verdoppelt und, über einen Schalter (30) mit dem Takt eines Taktgebers (27) periodisch unterbrochen, dem Emprangszweig zur Bildung eines Prüfsignals zugeführt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfzweig zwischen dem auskoppelnden Ausgang des zweiten Richtungskopplers (8) des Sendezweiges und einem mit der Empfangsantenne (12) verbundenen Richtungskoppler (13) des Empfangszweiges eingeschaltet ist und aus dem vom Taktgeber (27) angesteuerten Schalter (21) und dem Frequenzverdoppler (23) besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfzweig in den Sendezweig eingeschaltet ist, derart, daß der über den zweiten Richtungskoppler (8) aus dem Sendezweig ausgekoppelte Teil des Sendesignals über den Frequenzverdoppler (23) an den im Sendezweig zwischen diesen Richtungskoppler (8) und Sendeantenne (9) eingeschalteten, vom Taktgeber (27) angesteuerten Schalter (30) geführt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (27), beispielsweise ein Taktoszillator, mit dem Modulator (6) direkt und mit dem Schalter (30) und der Signalauswertung (29) über einen Teiler (28) verbunden ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Sende-, Empfangs- und Prüfzweig vor und/oder nach den Richtungskopplern (4, 8, 13), Frequenzverdopplern (18, 23), dem Modulator (6) und Doppelgegentaktmischer (16), Filter (3,7,14,19,22,24) oder Richtungsleitungen (2,5,15,20) eingeschaltet sind.

6. Anordnung nach ehiem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswertung (29) aus einem Bandpaß, einem Verstärker, einem Gleichrichter und einem Element zur Signalumformung besteht