DE2931179C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Signalgeberanlage mit Drucksensoren, insbesondere zum Wahrnehmen des Ein­ dringens in eine Fläche, wobei ein dem Umfang der Fläche entlang unterirdisch angelegter und mit Flüssigkeit gefüllter Schlauch vorgesehen ist. Dabei ist der Schlauch durch eine aus einer Membran bestehende verformbare Blende in zwei Abschnitte geteilt, und es sind aus piezo­ elektrischen Kristallen bestehende Sensoren vorgesehen, die den Druck in ein von der Verformung der Blende abhän­ giges elektrisches Signal umwandeln, so daß eine Meldung erfolgt, wenn die Blende verformt ist.

Eine derartige Signalgeberanlage ist in der deutschen Zeitschrift "Elektronik", Jahrgang 1971, Heft 3, Seiten 102/103 beschrieben. Die bekannte Signalgeberanlage verfügt dabei über einen in der Mitte der Membran angeordne­ ten piezo-elektrischen Druckaufnehmer.

In der DE-OS 20 40 762 ist eine Signalgeberanlage beschrie­ ben, bei der die beiden Tastflächen des auf der Membran angeordneten Sensors ebenfalls jeweils mit dem Druck in einem Schlauchabschnitt beaufschlagt werden, wobei ein von der Differenz der Flüssigkeitsdrücke in beiden Schlauchabschnitten abhängiges elektrisches Signal erzeugt wird.

Die Funktion der beiden bekannten Signalgeberanlagen ist dabei derart, daß sich die Membrane an der einen oder an der anderen Seite nur dann verformt, wenn der eine der beiden Schlauchabschnitte von einer infolge Druckes auf den Boden entstehenden Verformung mehr als der andere Schlauchabschnitt betroffen wird. Wenn dagegen genau der gleiche Impuls zu den beiden Schlauchabschnitten gelangt, verformt sich die Blende nicht, und der Sensor liefert ein Nullsignal. Somit wird ein mechanisches Differentialsystem zustande gebracht, und es genügt, die beiden Schlauchabschnitte gleich auszuführen, damit ihre differenzierten Verformungen möglichst genau sind.

Die bekannten Signalgeberanlagen weisen jedoch verschiedene Nachteile auf: Sie besitzen eine nicht zufriedenstellende Ansprechempfindlichkeit. Ferner können Schwankungen des im System vorliegenden Gesamtdruckes, z. B. infolge von Temperaturänderung oder infolge einer Leckage zu Fehlalarmen führen, denn es ist mit dem bekannten Element nicht möglich, derartige Variationen des Gesamtdruckes zuverlässig von einer Druckdifferenz zwischen den beiden Schlauchabschnitten zu unterscheiden. Schließlich besitzen die bekannten Signalgeberanlagen eine geringe Zuverlässig­ keit.

Zum Stand der Technik zählen ferner Signalgeberanlagen, die aus einem Paar unterirdisch nebeneinander angeord­ neter, mit Flüssigkeit gefüllter Schläuche bestehen, wobei die Schläuche an einem Ende mit ebensovielen Empfän­ ger-Gebern versehen sind; wenn daher die in dem einen der beiden Schläuche enthaltene Flüssigkeit einen zum Beispiel von einer den Boden betretenden Person ausgelösten Impuls von außen empfängt, werden den beiden Gebern differenzierte Signale geschickt, die einen Alarm auslösen.

Da das Verhalten der Membranen jedoch nicht immer bestimmt und jedenfalls nicht linear ist, ist das Betriebsverhalten solcher Signalgeberanlagen, bei denen jeder Schlauchab­ schnitt auf einen gesonderten Sensor wirkt, nicht zufrieden­ stellend. Denn es ist unmöglich, nützliche Signalpegel über eine gewisse Grenze hinaus wahrzunehmen, ohne daß gleichzeitig die Signalgeberanlage gegen eventuelle Fremdstörungen anfällig wird, die beispielsweise auf atmosphärische oder umweltbedingte Ursachen zurückzuführen sind, wie insbesondere Regen oder starker Straßen- oder Schienenverkehr in der Nähe der geschützten Fläche.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemä8e Signalgeberanlage in der Weise zu verbessern, daß sie eine hohe Ansprechempfindlichkeit bei hoher Zuverlässigkeit besitzt. Gleichzeitig sollen Veränderungen des Druckes im System, die Hinweise auf Störungen geben können, festgestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Signalgeber­ anlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentan­ spruch 1 gelöst, bei der beide entgegengesetzten, den jeweiligen Schlauchabschnitten gegenüberliegenden Seiten der Blende Sensoren tragen.

Als Vorteil der erfindungsgemäßen Gestaltung ergibt sich, daß sich die Zuverlässigkeit der Signalgeberanlage erhöht, indem der Ausfall eines Sensors bzw. die Beschädi­ gung von dessen Anschlußleitungen nicht zum Totalausfall der Anlage führt; vielmehr gibt der zweite Sensor auch bei Ausfall des ersten noch ein verwertbares Signal ab. Die Ansprechempfindlichkeit wird dadurch erhöht, daß bei gleichen Druckverhältnissen im System und damit gleicher Verformung der Blende mit zwei piezo-elektrischen Sensoren ein Signal doppelter Stärke erzeugt werden kann als mit nur einem piezo-elektrischen Element. Ferner lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anlage von dem normalen Druck abweichende Druckverhältnisse im System feststellen, was mit den bekannten Anlagen nicht möglich ist. Bei den bekannten Anlagen mit nur einem piezo-elektri­ schen Kristall läßt sich nämlich nicht ermitteln, ob die durch Druckveränderung im Kristall induzierte Spannung durch dessen Verbiegung infolge Wölbung der Membran hervorgerufen wird oder aber durch einen starken Druckan­ stieg bzw. Druckabfall im System. Demgegenüber ist bei Verwendung von zwei piezo-elektrischen Kristallen eine Unterscheidung zwischen beiden Einflüssen möglich, nachdem im Falle der Durchbiegung der Membran an beiden piezo-elek­ trischen Kristallen - je nach deren Ausrichtung - Spannungen unterschiedlicher bzw. gleicher Polarität erzeugt werden, während bei Druckänderungen im Gesamtsystem, bei welchen die Membran sich nicht verformt, die von den piezo-elektri­ schen Kristallen induzierten Spannungen sich zur gleichen bzw. entgegengesetzten Richtung verschieben. Durch eine geeignete Auswertung der Signale der beiden piezo-elektri­ schen Elemente kann demnach zwischen den beiden genannten Einflüssen unterschieden werden. Auf diese Weise wird die Gefahr eines Fehlalarms verringert und die Zuverlässig­ keit der Anlage erhöht.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Signalgeberanlage mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei

Fig. 1 eine allgemeine schematische Darstellung der erfindungsge­ mäßen Einrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht in auseinandergenommenem Zustand eines Details von Fig. 1 und

Fig. 3 eine allgemeine schematische Darstellung einer zweiten Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist.

Ein in zwei voneinander abstehende, gleich lange und parallele Schlauchabschnitte 10 und 11 geteilter Schlauch ist bei einer Tie­ fe eingegraben, die von der Art des Signals abhängt, das sie auf­ nehmen müssen, wenn ein Eindringling den Boden in ihrer Nähe betritt. Für eine leichtere Beschreibung wird von nun an von zwei Schläuchen 10 und 11 und nicht von Schlauchabschnitten gesprochen. Die Schläu­ che 10 und 11 bestehen vorteilhaft aus biegsamem Material und sind mit Flüssigkeit und - im Fall der Verlegung in Gegenden mit kal­ tem Klima oder mit starken Wärmeausschlägen - mit zum Herabsetzen des Erstarrungspunktes geeigneten Zusatzstoffen gefüllt. Die Schläu­ che sind einwandfrei dicht verplombt und die darin enthaltene Flüssigkeit wird unter einem Druck gehalten, der eine solche Vor­ spannung erzeugt, die die wegen der elastischen Eigenschaften des Schlauches selbst entstehenden Signalverluste möglichst einschränkt und die Spannung der beiden Schläuche ausgleicht. Wenn nämlich in der Flüssigkeit Luftdruck herrschen würde, hätten die beiden Schläu­ che einen unterschiedlichen Erschlaffungsgrad und würden damit die Genauigkeit des Signals beeinträchtigen, das bei unterschiedlich schlaffen Schläuchen entlang derselben verklingen und das Fühlglied kaum erreichen würde.

Ein Ende jedes Schlauches 10 und 11 ist durch ein Einfüllventil 12 mit dem Ende des benachbarten Schlauches verbunden; Aufgabe des Ventils 12 ist außerdem eine kapillare Verbindung zwischen den in beiden Schläuchen 10 und 11 enthaltenen Flüssigkeiten, um einen allmählichen Ausgleich des Druckes beider Schläuche zu gestatten. Dies ist erforderlich, wenn man zum Beispiel ein Fahrzeug auf dem den einen der beiden Schläuche umgebenden Boden für längere Zeit stehen läßt und somit das gewöhnliche Verhältnis zwischen den bei­ den Schläuchen beeinträchtigt.

Ein dritter Eingang des Ventils 12 dient zum Einfüllen der Flüssig­ keit in die Schläuche 10 und 11 und sorgt durch eine Fremdeinheit 13 für den erforderlichen Druck.

Das dem Ventil 12 entgegengesetzte Ende der beiden Schläuche 10 und 11 trägt die Fühleinheit 14, die den Gegenstand der Erfindung bildet und in Fig. 2 besser dargestellt ist. Diese Einheit 14 be­ steht im wesentlichen aus einem Anschluß 15, der mit jedem Ende der beiden Schläuche verbunden, axial hohl und an den Seiten mit Durchgangslöchern 16 zur Aneinandermontage durch die Schrauben 17 versehen ist.

Zwischen den beiden Anschlüssen 15 sind Dichtungsringe 18, Isolier­ membranen 19 und eine mittlere Membrane 20 angeordnet, die die Fühl­ glieder 21 trägt, die Kabel 22 zum Anschluß an die Einheit zum Empfang des von den Fühlgliedern aufgefangenen Signals und zur Um­ wandlung desselben in Alarmsignal aufweisen.

Die Isoliermembranen 19 haben die spezielle Aufgabe, die Flüssig­ keit 23 der Schläuche von den Fühlgliedern 21 getrennt zu halten, und zwar ohne die richtige Arbeitsweise des Gerätes zu beeinträch­ tigen.

Zwei Entlüftungsstopfen 24 verschließen die Anschlüsse 15 und die­ nen zur Beseitigung von sich eventuell bei der Verlegung, dem Ein­ füllen oder dem Betrieb der Einrichtung bildenden Luftblasen, die die Empfindlichkeit des Systems beträchtlich einschränken würden.

Die Fühlglieder 21 sind zweckmäßig piezoelektrisch und die von ihnen empfangenen Signale werden einem Summier-Vorverstärker 25, dann einem Verstärker 26, einem Filter 27 und schließlich einem Schwellenkomparator 28 übertragen, um ein Alarmsignal 29 jeder beliebigen Art zu erzeugen.

Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Einrichtung ist nun fol­ gende.

Wenn jemand den Boden, in dem die Schläuche 10 und 11 unterirdisch angeordnet sind, betritt, wird der in dem der betreffenden Person am nächsten liegenden Schlauch enthaltenen Flüssigkeit 23 einen Impuls verliehen, der die Membrane 20 beansprucht. Die Membrane ist gegen zwei Beanspruchungsarten empfindlich, und zwar gegen Bie­ ge- und gegen Druckspannung. Selbstverständlich ist der Höchstwert der Druckspannung viel kleiner als der Höchstwert der Biegespannung, die die Membrane beanspruchen kann. Die Fühlglieder 21 an jeder Seite der Membrane 20 sind praktisch zwei Geber, die die mechani­ schen Beanspruchungen der Membrane in Spannungssignale umwandeln sollen und an der Membrane in gleicher Richtung befestigt sind, damit die gleiche Beanspruchung, die gleichzeitig beide Schläuche interessiert, ein elektrisches Spannungssignal gleichen Zeichens verursacht. (Bei anderen, gegen Druck unempfindlichen Fühlgliedern, kann ein einziges an nur einer Membranenseite angeordnetes Fühlglied genügen.)

Wenn daher jemand den Boden in der Nähe der beiden Schläuche betritt, werden sie beide jeweils in Anspruch genommen und verursachen ei­ ne Biegung der Membrane 20 zuerst nach der einen und dann nach der anderen Seite.

Somit liefern die beiden Fühlglieder zwei Spannungssignale entge­ gengesetzten Zeichens auch wenn nicht absolut gleichen Wertes. Der Summier-Vorverstärker 25, der die Differenz zwischen den bei­ den Signalen bestimmt, wird daher durch die Summe der beiden Signa­ le beeinflußt und einen Spannungswert erreichen, der anschließend bei 26 verstärkt, bei 27 filtriert, bei 28 mit einem vorbestimmten Grundwert verglichen und daher ohne weiteres ausreichen wird, um den Alarm 29 auszulösen, der nach Belieben ein Licht-, ein hörba­ res Signal o. a. m. sein kann.

Wird dagegen die Außenstörung durch Wetter- (Wind, Regen) oder Umweltumstände verursacht, so verformen sich die beiden Schläuche gleichzeitig, damit sich die Membrane 20 nicht verformt, d. h. sich nicht nach der einen oder nach der anderen Seite biegt. Die Fühl­ glieder 21 werden daher von nur einer wegen der in den Schläuchen wirbelnden Flüssigkeit entstehenden Druckkomponente beeinflußt. Die durch den Druck auf die Fühlglieder 21 ausgeübte Spannung hat jedoch gegenüber der durch Biegung erzeugten Spannung sehr gerin­ ge Werte und außerdem weist sie das gleiche Zeichen auf, so daß der Summier-Verstärker 25 die Differenz bestimmt und am Ausgang ein Signal bildet, das praktisch gleich Null ist und jedenfalls einen so niedrigen Wert hat, daß es den Komparator 28 zum Auslö­ sen des Alarms 29 nicht erreicht.

Fig. 3 stellt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung dar, die sich insbesondere zur Anwendung an sehr von der Umwelt gestörten Stellen wie Flughäfen oder Maschinenbauindu­ strien u. dgl. eignet.

Diese Ausführungsform sieht eine Mehrzahl paarweise in Reihen an­ geordneter Einrichtungen gemäß Fig. 1 vor, wobei die jeweils eine 200 bis 300 m lange Strecke deckenden Paare aufeinander folgen, bis sie den ganzen zu schützenden Umfang decken.

Fig. 3 stellt ein solches Paar Einrichtungen dar, wobei die Paare immer einander vollständig gleich sind.

Die von jedem Fühlglied 21 empfangenen Impulse werden - wie gesagt - weitergeleitet, von zwei Vorverstärkern behandelt und bei 31 fil­ triert, um zwei getrennte Spannungssignale zu erzeugen.

Von diesen Signalen wird nun die Differenz durch eine einzige Sum­ miervorrichtung 32 bestimmt, der entstehende Wert wird bei 33 ver­ stärkt und bei 34 mit einstellbaren Zeiten zweckmäßig integriert.

Das daraus entstehende Signal kann z. B. durch einen Zeiger 35 mit mittlerer Null sichtbar gemacht werden, damit man sowohl ein Si­ gnal mit Pluszeichen als auch ein Signal mit Minuszeichen ermitteln kann, um durch Einstellen der Gewinne der Vorverstärker 30 und des Verstärkers 33 das System ausgleichen zu können.

Ein unabhängiges, für beide Kanäle vorgesehenes Speicherwerk 36 informiert über ein eventuell auf systematische, aber zufällige und asymmetrische Geräuschquellen zurückzuführendes Mißverhältnis und ermöglicht dadurch den Ausgleich auch später nachzustellen.

Das Signal des Integrators 34 gelangt zu einem Schwellenkomparator 37 mit einstellbarer Schwelle und anschließend zum Alarm 38. Die­ ses Signal ist also ein Signal der Logik "0" "1" und daher in der Lage, jedes beliebige Alarmsystem 38 auszulösen.

Diese Ausführungsform erhöht also die Empfindlichkeit der Einrich­ tung, wie es dort gewünscht wird, wo der zu schützende Ort zu groß ist und zu lange Schläuche erforderlich wären, bei denen jedenfalls Signalverluste eintreten würden. Außerdem gestattet diese Anwen­ dung - wie gesagt - bei wegen fremde Umweltumstände besonders ge­ räuschvollen Gegenden, die in jedem Augenblick der Lebensdauer der Einrichtung für möglich zu haltende Gefahr des blinden Alarms aus­ zuschließen.

Es wurde nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispiels­ weise aber nicht beschränkend beschrieben, die selbstverständlich in Form und Aufbau abgeändert werden kann, ohne deshalb den auch durch die nachstehenden Patentansprüche geschützten Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (7)

1. Signalgeberanlage mit Drucksensoren, insbesondere zum Wahrnehmen des Eindringens in eine Fläche, wobei ein dem Umfang der Fläche entlang unterirdisch angeleg­ ter und mit Flüssigkeit gefüllter Schlauch vorgesehen ist, der durch eine aus einer Membran bestehende verformbare Blende in zwei Abschnitte geteilt ist, wobei aus piezo-elektrischen Kristallen bestehende Sensoren vorgesehen sind, die den Druck in ein von der Verformung der Blende abhängiges elektrisches Signal umwandeln, und eine Meldung erfolgt, wenn die Blende verformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß beide entgegenge­ setzten, den jeweiigen Schlauchabschnitt (10, 11) gegenüberliegenden Seiten der Blende (20) Sensoren (21) tragen.

2. Signalgeberanlage gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch doppelt so lang wie der Umfang der Fläche und in der Weise eingegraben ist, daß die beiden Schlauchabschnitte (10, 11) ständig nebeneinander und in Abstand voneinander längs des ganzen Umfangs verlaufen.

3. Signalgeberanlage gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Flüssigkeit jedes Schlauchabschnittes (10, 11) und der Blende (20) Isoliermembranen (19) angeordnet sind.

4. Signalgeberanlage gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (21) in der Weise auf der Blende (20) angeordnet sind, daß das von ihnen bei Druckspannung der Blende erzeugte Signal die gleiche Polarität besitzt.

5. Signalgeberanlage gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale von den beiden Sensoren zu einem Summier-Vorverstärker (25) gelangen, der die Differenz bestimmt, und daß das daraus entstehende Signal verstärkt, gefiltert, zu einem Schwellenkomparator und von diesem aus zu den Meldemitteln weitergeleitet wird.

6. Signalgeberanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch mit unter Druck stehender Flüssigkeit gefüllt ist.

7. Verwendung der Signalgeberanlage gemäß Patentanspruch 1 in der Weise, daß eine Mehrzahl aufeinander folgender Signalgeberanlagen vorgesehen sind, die jeweils paar­ weise in der Weise miteinander verknüpft sind, daß die Signale jedes Schlauches mit den Signalen des benachbarten Schlauches summiert werden, um die Melde­ mittel auszulösen.