DE2852664C2 - Verfahren und Anordnung zur Einbruchmeldung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Einbruchmeldung mit einem an einer zu schützenden Fläche angebrachten Körperschallaufnehmer und einer an diesen angeschlossenen elektrischen Schaltung zur Signalgabe, wenn die aufgenommenen Körperschallschwingungen vorgegebene Werte überschreiten.

Solche Anordnungen werden dazu verwendet, die bei einem Einbruchversuch, z. B. beim Durchbrechen einer Mauer oder Betonwand, beim Aufschneiden oder Aufschweißen einer Metallwand, beispielsweise eines Tresors oder einer Tür, erzeugten charakteristischen Körperschallschwingungen nachzuweisen und zur Alarmsignalgabe auszuwerten. Um eine fehlerhafte Alarmgabe zu vermeiden ist es jedoch erforderlich, daß

solche Anordnungen ausschließlich auf die durch den Einbruchversuch selbst erzeugten Schwingungen ansprechen, z. B. auf die durch das Aufbrechen oder Anbohren einer Mauer oder Want! hervorgerufenen Vibrationen oder die mit einem Schneidbrenner oder einer Sauerstofflanze beim Aufschweißen einer Metail- oder Betonwand erzeugten Körperschallschwingungen, jedoch nicht auf externe Störgeräusche.

Es ist bereits bekannt, den Einfluß der durch die Luft übertragenen, externen Störgeräusche durch eine

Schallisolierung des Körperschallaufnehmers zu eliminieren.

Um die in der Wand selbst übertragenen, externen Störgeräusche auszuscheiden wird die Tatsache benützt, daß die bei einem Einbruchsversuch erzeugten Körper-Schallschwingungen in charakteristischen Frequenzgebieten liegen, vorzugsweise im kHz-Bereich nahe der oberen Hörgrenze, während Störgeräusche meist niederfrequenter sind. Eine solche, beispielsweise in der UP-PS 31 34 970 beschriebene Anordnung, verwendet daher zur Auswertung der von einem piezoelektrischen Aufnehmer empfangenen Körperschallschwingungen von Störgeräuschen einen Hochpaß, wodurch niederfrequente Anteile eliminiert werden. Um weiterhin

kurzdauernde Störgeräusche auszuscheiden, wird das Ausgangssignal des Hochpasses integriert, so daß ein Alarmsignal nur bei genügend lange dauernden hochfrequenten Körperschallschwingungen ausgelöst wird.

Um zu erreichen, daß eine solche Anordnung nicht nur auf derartige Körperschallschwingungen anspricht, sondern auch auf einen plötzlichen Angriff auf die zu schützende Fläche, beispielsweise mittels Sprengstoff, ist bei einer Anordnung nach US-PS 31 47 467 ein zusätzlicher Auswertekanal vorgesehen, welcher bei Auftreten sehr starker Erschütterungen kurzer Zeitdauer ebenfalls ein Alarmsignal auslöst. Der Schwellenwert dieses zusätzlichen Kanales ist dabei so hoch gewählt, daß be: einem zufälliger Anstoßen an die Wand noch kein Alarmsignal ausgelöst wird, jedoch bei harten Schlagen oder Sprengversuchen sofort, d. h. nur mit geringer Zeitverzögerung.

Dadurch ließ sich die Störanfälligkeit von Einbruchmeldeanordnungen mit Körperschallaufnehmern bereits deutlich vermindern. Nachteilig erwies sich jedoch die Verwendung üblicher Hochpaßfilter oder -verstärker, die niederfrequente Störgeräusche, die in den meisten Wänden besser fortgeleitet werden, nur schlecht von höherfrequenten Schwingungen, die von einem Einbruchversuch herrühren, trennen. Dies führt dazu, daß schwache Einbruchvibrationen in größerer Entfernung vom Aufnehmer von Störgeräuschen überlagert werden, so daß eine große Zahl von Körperschallaufnehmern in geringem Abstand voneinander vorgesehen sein mußten um einen sicheren Schutz zu gewährleisten.

Aus US-PS 34 71 846 ist zwar eine Einbruchmeldeanlage bekannt, bei der ein scharf begrenzter Frequenzbereich dadurch erreicht wird, daß die Fühlersignale mit einer Trägerfrequenz gemischt werden, die periodisch kontinuierlich ein Frequenzgebiet durchläuft, und die Mischsignale ein schmalbandiges Filter durchlaufen und über mehreren Durchlaufperioden integriert werden. Die Anlage erlaubt zwar die Elimination einer bestimmten konstanten Schwingung. Sie hat jedoch den Nachteil, daß periodische Störschwingungen, welche zufällig im Frequenzdurchlaßbereich liegen, ebenfalls Alarm geben und nicht nur die von einem Einbrecher herrührenden Körperschallschwingungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile bekannter Einbruchmeldeanordnungen mit Körperschallaufnehmern zu vermeiden und insbesondere eine solche Anordnung zu schaffen, welche gegen Störschwingungen aus der Umgebung unempfindlich ist, eine geringe Fehlalarmwahrscheinlichkeit aufweist, externe Störgeräusche besser von Einbruchgeräuschen oder -schwingungen zu unterscheiden vermag, eine verbesserte Empfindlichkeit aufweist, eine zu schützende Fläche mit einer geringeren Anzahl von Körperschallaufnehmern zu schützen vermag, welche für vereinzelt eintretende periodische Störschwingungen unempfindlich ist und welche sich im gleichen Schutzbereich verwenden läßt wie eine Ultraschallschutzanlage.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Schaltung einer Einbruchmeldeanordnung in Blockform.

F i g. 2 zeigt diese Schaltung im Detail.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung werden die Ausgangssignale eines Körperschallaufnehmers A, beispielsweise eines an der zu schützenden Fläche oder Wand angebrachten, an sich bekannten piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers, zunächst einem Bar.dpaß-Vprverstärker 1 zugeführt Der Frequenzdurchlaßbereich dieses Vorverstärkers kann beispielsweise zwischen 3 und 30 kHz liegen. Das Ausgangssignal wird einer Mischstufe 2 zugeleitet, welche andererseits das Signal eines Oszillators 8 erhält. Die Frequenz dieses Oszillators wird von einem langsam arbeitenden Sweepgenerator 9 mit einer Durchlaufzeit von z. B. 3 bis 60 Sekunden periodisch und kontinuierlich in einem vorgegebenen Frequenzgebiet, z. B. zwischen 3 und 30 kHz, gewobbelt Das Signal am Ausgang der beispielsweise als Produktdetektor ausgebildeten Mischstufe 2, also die Differenz der Ausgangssignale des Bandpaßverstärkers 1 und des gewobbelten Oszillators 8, wird durch einen schmalbandigen Zwischenfrequenzverstärker 3 geleitet, welcher beispielsweise eine Bandbreite im Bereich von 10—300 Hz aufweist.

Am Ausgang dieses Schmalbandverstärkers 3 tritt daher während joder Wobbeiperiode nacheinander ein Amplitudensignal auf, welches der jeweiligen Frequenz-Stellung des Oszillators 8 entspricht, d. h. es erscheint in jeder Wobbeiperiode das gesamte Frequenzspektrum der aufgenommenen Körperschallschwingungen im Auswertebereich, beispielsweise zwischen 3 und 30 kHz. Dieses Amplituder.spektrum wird durch einen nachgeschalteten Wandler 4 in eine andere Meßgröße umgewandelt, z. B. in einen Stromverlauf, eine sich analog zur Amplitude ändernden Frequenz oder Lichtstärke. Das Ausgangssignal des Wandlers 4 wird dann einem Integrator 5 zugeleitet, welcher je nach der ausgewerteten Größe einen Integrationskondensator oder einen Zähler enthalten kann. Andererseits wird der Integrator von einer Rückstellschaltung 10 angesteuert, welche ein Zeitglied enthält, dessen Zeiikonstante höchstens gleich der Durchlaufzeit einer Frequenzperiode des Sweepgeneralors 9 bzw. Oszillators 8 ist.

Sobald am Ausgang des Schmalbandverstärkers 3 überhaupt ein Signal auftritt, wird die Rückstellschaltung 10 bzw. dessen Zeitglied in Gang gesetzt und nach z. B. 3 bis 60 Sekunden, sofern kein neues Signal auftritt, das vom Integrator 5 integrierte Signal wieder zurückgestellt oder gelöscht. Das Ausgangssignal des Integrators 5, welches einem Schwellenwertschalter 6 zugeleitet wird, kann daher nur dessen Schwellenwert erreichen, wenn während einer einzigen Frequenzdurchlaufperiode die integrierten Amplituden diesen Schwellenwert erreichen. Das bedeutet, daß eine einzelne periodische Schwingung vor Erreichen des zweiten Durchlaufes wieder gelöscht ist, so daß sich einzelne periodische Schwingungen nicht summieren und einen Alarm auslösen können, sondern lediglich solche Vibrationen, welche ein mehr oder weniger kontinuierliches Amplitudenspektrum im ausgewerteten Frequenzbereich aufweisen, und zwar während eines gesamten Frequenzdurchlaufes, d. h. während mehrerer Sekunden, und zwar genau im ausgewerteten Frequenzbereich, wobei Frequenzen oberhalb oder unterhalb des Frequenzbandes scharf abgeschnitten sind.

Um eine Sabotage des Melders durch Übersteuern der verwendeten Mischstufe zu verhindern, wird bei starken, kontinuierlich vorhandenen Signalen die Stufe 4 mit Hilfe der Schutzstufe 11 direkt gesteuert, und zwar

so, daß das Polenlial am Integrator 5 nur sehr langsam (z. B. in 30 Sekunden) ansteigt.

Die beschriebene Schaltung weist also gegenüber vorbekannten Schaltungen den Vorteil auf, daß das ausgewertete Frequenzband viel schärfer begrenzt ist als bei Verwendung eines Bandpaßfilters möglich ist, d. h. niederfrequentere Störschwingungen auch bei großer Intensität überhaupt nicht berücksichtigt werden, daß periodische Schwingungen ebenfalls eliminiert werden, so daß nur unregelmäßige Schwingungen mit einem mehr oder weniger kontinuierlichen Frequenzspektrum, welche längere Zeit anhalten, zur Alarmgabe führen.

Zusätzlich kann bei der beschriebenen Schaltung in bekannter Weise ein zweiter Auswertekanal mit höherer Alarmschwelle vorgesehen sein, durch weichen extrem starke, kurzdauernde Erschütterungen zur Alarmgabe ausgewertet werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß an einen Ausgang des Körperschallaufnehmers A ein Amplitudendiskriminator 7 angeschlossen wird, welcher nur eine Zeitverzögerung im Millisekundenbereich aufweist und dessen Ausgang ebenfalls den Schwellenwertschalter 6 in einer ODER-Schaltung ansteuert. Zweckmäßigerweise enthält dieser Amplitudendiskriminator eine Selbsthalteschaltung, weiche bei Ansprechen des Schwellenwertschalters 6 automatisch rückgestellt wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß nicht nur ein langsamer Einbruchversuch, z. B. durch Aufbrechen der Mauer oder Aufschneiden einer Tresorwand, zur Alarmgabe führt, sondern ebenfalls ein schneller Einbruchversuch, beispielsweise mittels Sprengstoff.

F i g. 2 zeigt die Schaltung der Einbruchmeldeanordnung im Detail.

Bei dieser Schaltungsanordnung ist der Körperschaiiaufnehmer A an einen Bandpaßvorverstärker 1 angeschlossen, welcher aus zwei Operationsverstärkern 12 und 13 mit zugehörigen Gegenkopplungs-Widerständen 14, 15 bzw. 16, 17, Arbeitspunkt-Einstellwiderständen 18,19 und Kondensatoren 20,21 zur Einstellung der oberen Bandfrequen2 und 22, 23 zur Einstellung der unteren Bandgrenze besteht. Die Komponenten sind so gewählt, daß ein Durchlaßbereich z. B. zwischen 3 und 30 kHz erreicht wird.

Die folgende Mischstufe 2 besteht aus einem Operationsverstärker 24, mit zugehörigen Kopplungswiderständen 25, 26, Kopplungskapazität 27, Gegenkopplungs-Widerstand 28 und Kondensator 29 zur Einstellung der oberen Bandgrenze. Die Komponenten sind so gewählt, daß ein Frequenzdurchlaßbereich von beispielsweise zwischen 10—300 Hz erreicht wird.

Diese Mischstufe ist über einen Kopplungswiderstand 30 und ein Potentiometer 31, weiches zur Empfindliehkeitseinstellung dient, an den Schmalbandverstärker 3 angeschlossen, welcher ebenfalls ein Operationsverstärker 32 mit zugehörigen Kopplungswiderständen 33,34, Kopplungskondensator 35 und 36 sowie einem Widerstand 37 zur Arbeitspunkt-Einstellung besteht

Die erwähnten Komponenten der Stufen 1, 2 und 3 können in einem Vierfach-Operationsverstärker zusammengefaßt sein, ζ. B. einem integrierten Schaltkreis vom Typ Motorola MC 3301 CP-

Der gewobbelte Oszillator 8, dessen Frequenz vom Sweepgenerator 9 gesteuert wird, besteht aus zwei Operationsverstärkern 38, 39 mit zugehörigen Wider-

ständen 40, 41, 42, 43, 44 und Kondensatoren 45, 46. Diese Komponenten können zu einem integrierten Schaltkreis, z. B. vom Typ Motorola MC 324 CP, zusammengefaßt sein.

Der Wobbeloszillator 8 kann beispielsweise als integrierter Schaltkreis vom Typ Motorola MC 14 046 CP ausgeführt sein, wobei die Widerstände 47, 48 und der Kondensator 49 die Frequenzen bestimmen.

Das Ausgangssignal des Schmalbandverstärkers 3 wird einem nachgeschalteien Wandler 4 zugeführt, welcher einen Transistor 53 mit Kopplungswiderstand 50, Basiswiderstand 51 und Emitterwiderstand 52 aufweist. Dieser Wandler liefert in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Schmalbandverstärkers 3 über die an den Kollektor des Transistors 53 angeschlossene Diode 54 einen einsprechenden Aufiadestrom an den Kondensator 5.

An den Kondensator 5 ist ein Schwellenwertschalter 6 angeschlossen, welcher einen Operationsverstärker 55, welcher ebenfalls in den bereits erwähnten integrierten Schaltkreis vom Typ Motorola MC 324 CP integriert sein kann, sowie zugehörige Widerstände 56, 57 und 58 aufweist, wobei an den Ausgang des Operationsverstärkers 55 ein Alarmrelais 59 angeschlossen ist. Von den Arbeitskontakten 60 dieses Alarmrelais wird eine nicht dargestellte Alarmeinrichtung gesteuert. Der Operationsverstärker 55 ist durch eine Serienschaltung eines Widerstandes 61 und einer Diode 62 überbrückt, welche zur Entladung des Kondensators 5 dienen, um eine definierte Alarmselbsthaltezeit zu erreichen.

Die den Integrator 5 ansteuernde Rückstellschaltung 10 enthält einen als Schmitt-Trigger geschalteten Operationsverstärker 63, welcher ebenfalls in den erwähnten integrierten Schaltkreis vom Typ Motorola MC 324 CP integriert sein kann, mit den zugehörigen Widerständen 64, 65, 66, sowie eine Serienschaltung eines Widerstandes 67 und einer Diode 68 zum Anschluß an den Ausgang des Schmalbandverstärkers 3 und einen Kondensator 69. Dieser Kondensator wird über den Widerstand 67 und die Diode 68 entladen und über den Widerstand 70 geladen.

Die Schutzstufe 11, welche zur Verhinderung einer Sabotage durch Übersteuern der Mischstufe 2 dient, weist einen Operationsverstärker 71 und an dessen Ausgang einen Widerstand 72 und eine Diode 73 auf. Die Komponenten sind so gewählt, daß die Ladespannung des Kondensators 5 nur relativ langsam ansteigen kann, beispielsweise innert einer halben Minute.

Weiterhin ist ein Spannungsteiler aus den Widerständen 74 und 75 vorgesehen, welcher zur Einstellung der Ärbciiipunkte des S-wccpger.erators 9 und der Schutzschaltung 11 dient

In der Anschlußleitung für die Schaltungsanordnung ist ein Festspannungsregler 76, z. B. vom Typ Motorola MC 7806 CG mit einem parallel geschalteten Kondensator 77 vorgesehen, durch welche die Versorgungsspannung auf einen festen Wert stabilisiert wird.

Es sei bemerkt, daß die in der beschriebenen Schaltung auch durch andere Komponenten mit äquivalenter Wirkung ersetzt werden können. Die dazu erforderlichen Maßnahmen sind dem Fachmann bekannt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Einbruchmeldung, bei welchem die von einem an einer zu schützenden Fläche angebrachten Körperschallaufnehmer abgegebenen Signale, gegebenenfalls nach frequenzselektiver Verstärkung, mit einer Trägerfrequenz gemischt werden, deren Frequenz periodisch und kontinuierlich in einer vorgegebenen Zeitdauer ein bestimmtes Frequenzgebiet durchläuft, und die gemischten Signale in einem schmalbandigen Frequenzbereich gefiltert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die gefilterten Signale, gegebenenfalls nach Umwandlung in eine andere Größe, so integriert werden, daß das integrierte Signal zurückgesetzt wird, wenn der zeitliche Abstand von zwei nacheinanderfolgenden Signalen eine bestimmte Zeitdauer überschreitet, welche höchstens gleich der Zeitdauer eines Frequenzdurchlaufes ist, und ein Alarmsignal gegeben wird, sobald das integrierte Signal innerhalb der Rückselzzeit eine vorgegebene Schwelle erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfrequenz in einem Frequenzgebiet gewobbelt wird, das im Bereich zwischen 3 und 30 kHz liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemischten Signale in einem Frequenzbereich gefiltert werden, der zwischen 10 und 300 Hz liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das integrierte Signal nach einer Zeitdauer von zwischen 3 und 60 Sekunden zurückgesetzt wird, sofern kein weiteres Signal auftritt.

5. Anordnung zur Einbruchmeldung mit einem an einer zu schützenden Fläche angebrachten Körperschallaufnehmer und einer an diesen angeschlossenen elektrischen Auswerteschaltung zur Signalgabe, wenn die aufgenommenen Körperschallschwingungen vorgegebene Werte überschreiten, wobei die Auswerteschaltung eine Mischstufe 2 enthält, die die vom Körperschallaufnehmer (A) abgegebenen Signale, gegebenenfalls nach einer frequenzselektiven Vorverstärkung mit einer Schwingung mischt, deren Trägerfrequenz periodisch und kontinuierlich ein vorgegebenes Frequenzgebiet mit einer bestimmten Periodendauer durchläuft, eine Schaltung (3) mit einer Frequenzdurchlässigkeit in einem schmalbandigen Frequenzbereich zur Verarbeitung des gemischten Signales, an deren Ausgang das Frequenzspektrum der vom Körperschallaufnehmer (A) abgegebenen Signale im Trägerfrequenzdurchlaufgebiet erscheint, sowie einen Integrator (5) zur Integration der gegebenenfalls in eine Meßgröße umgewandelten Ausgangssignale der schmalbandigen Schaltung, gekennzeichnet durch eine Rückstellschaltung (10) für den Integrator (5) mit einer Rücksetzzeit, welche höchstens gleich groß ist wie die Trägeifrequenzdurchlaufperiode, sowie durch einen Schwellenwertschalter (6) zur Alarmsignalgabe, sobald das integrierte Ausgangssignal innerhalb der Rücksetzzeit einen vorgegebenen Wert übersteigt.

6. Anordnung nach Anspruch 5,<dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung einen Sweepgenerator (9) und einen von diesem angesteuerten Oszillator (8) aufweist, welcher der Mischstufe (2) eine Schwingung zuführt, deren Frequenz periodisch

das angegebene Frequenzgebiet durchläuft.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung einen an die Schaltung (3) mit schmalbandiger Frequenzdurchlässigkeit angeschlossenen, spannungsgesteuerten Stromgeber (4) aufweist, sowie einen an dessen Ausgang angeschlossenen Ladekondensator (5) als Integrationsschaltung.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Auswerteschaltung eine Schutzstufe (11) aufweist, welche den Stromgeber (4) so steuert, daß das Potential am Integrationskondensator (5) nur langsam anzusteigen vermag.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5—8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung einen weiteren Auswertekanal mit höherer Alarmschwelle und kürzerer Zeitverzögerung zur Auslösung eines Alannsignales bei extrem starken, kurzdauernden Erschütterungen aufweist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Auswertekanal einen Amplitudendiskriminator (7) mit einer Zeitverzögerung im Millisekundenbereich aufweist, dessen Ausgang in einer ODER-Schaltung mit dem Schwellenwertschalter (6) verbunden ist.