DE2945183A1

DE2945183A1 - Verfahren zur erkennung eines in einen geschuetzten bereich eindringenden objektes

Info

Publication number: DE2945183A1
Application number: DE19792945183
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph Salem
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-11-09
Filing date: 1979-11-08
Publication date: 1980-05-29
Also published as: AU5193479A; FR2441226A1; NL7908225A; BR7907302A; BE879879A; JPS5589768A; US4242743A; GB2034949A; CA1130908A

Description

General electric Company, 1 River Road, Schenectady,

New York 12305 (USA)

Verfahren zur Erkennung eines in einen geschützten Bereich eindringenden Objektes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines in einen geschützten Bereich eindringenden Objektes oder bestimmter Umgebungsänderungen in diesem Bereich sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete überwachungseinrichtung .

Zur Erkennung eines eindringenden Objektes in einen geschützten Bereich werden Einbruchsalarmgeräte verwendet. Bei einem bekannten das Dopplerprinzip verwendenden Einbruchsalarmgerät werden ein Sender und ein Empfänger in oder neben einem zu schützenden Bereich angeordnet, wobei durch den Sender kontinuierlich Ultraschallwellen mit einer vorbestimmten Frequenz abgestrahlt werden. Durch ruhende Objekte in dem geschützten Bereich wird Schallenergie mit derselben Frequenz reflektiert, die durch den Empfänger gemessen wird. Sofern die reflektierte Schallenergie mit derselben Frequenz erscheint, stellt die überwachungseinrichtung fest, daß kein Einbruchszustand vorliegt und es ertönt kein Alarm. Der Durchgang oder die Bewegung eines Eindringlinges durch bzw. in dem geschützten Bereich bewirkt jedoch eine Frequenzänderung der reflektierten Schallenergie, die gemessen wird, woraufhin ein Alarm ertönt.

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Es wurde festgestellt, daß diese Form einer Überwachungseinrichtung erheblich empfindlich gegenüber Falschalarmen ist. Jede Bewegung in dem zu schützenden Bereich bewirkt eine einen Falschalarm auslösende Frequenzverschiebung. Die Bewegung kann beispielsweise durch das Flattern eines Fenstervorhanges, den Durchgang eines Kleintieres durch einen Raum und ähnliche Bewegungen hervorgerufen werden, wie sie üblicherweise erwartungsgemäß auftreten. Solche Falschalarme sind natürlich unerwünscht und verringern die Zuverlässigkeit und den Wert der überwachungseinrichtung.

Es ist ferner eine alternative Impulsechotechnik zur Objekterkennung bekannt, bei der ein Schallimpuls von einem Sender abgestrahlt wird und das Auftreten eines reflektierten Impulses innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalles das Vorhandensein eines Objektes in einem zu untersuchenden Bereich anzeigt. Jedoch waren die früheren überwachungseinrichtungen mit Impuls und Echo verhältnismäßig komplex und teuer und somit nicht ohne weiteres zur Verwendung als Einbruchsalarmdetektoren geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Erkennung eines in einen geschützten Bereich eindringenden Objektes bzw. bestimmter Umgebungsänderungen in diesem Bereich zu schaffen, das eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber Fehlalarmen aufweist und bei dem die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete überwachungseinrichtung verhältnismäßig einfach und folglich preisgünstig herzustellen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeich-

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net, während eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete überwachungseinrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 9 gekennzeichnet ist.

Durch die Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zur Erkennung von Eindringlingen in einen geschützten Bereich geschaffen. Das Verfahren weist eine Reihe von Schritten auf, bei dem ein Schritt darin besteht, einen Referenzschallimpuls von einem Sender in einen Bereich abzustrahlen, der wenigstens eine reflektierende Fläche aufweist. Ein weiterer Schritt besteht in der Erstellung eines Referenzparameters (T ), dessen Größe proportional dem Zeitintervall ist, das zwischen dem Abstrahlen des Referenzschallimpulses und der Reflexion eben dieses Impulses zu dem Empfänger zurück ist. An diesen Schritt des Verfahrens schließt sich der Schritt an, in dem ein ähnlicher Schallimpuls von dem Sender in den Bereich abgestrahlt wird und ein Zeitparameter (T ) erstellt wird, dessen Größe proportional dem Zeitintervall ist, das zwischen dem Abstrahlen des ähnlichen Schallimpulses und seiner Rückreflexion zu dem Empfänger ist; in einem weiteren Schritt werden die Größe des Referenzparameters (τ ) und die des Parameters der verstrichenen Zeit (T ) miteinander verglichen und die Abweichung (ΔΤ) zwischen ihnen gemessen; schließlich wird in einem weiteren Verfahrensschritt in Abhängigkeit von der Abweichung (Δ T) ein Alarm erzeugt.

Gemäß einer Weiterbildung wird nur dann ein Alarm erzeugt, wenn die Abweichung (A T) einen vorbestimmten Wert übersteigt. Der Alarm wird während einer vorgegebenen Zeit erzeugt und nach Ablauf der Zeit beendet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Referenzparameter (T_r) automatisch erstellt, wozu während eines Zeitinter-

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valles ein elektrisches Digitalsignal durch einen Binärzähler verändert wird, der durch diesen Binärzähler akkumulierte Zählerstand in ein Speicherregister übertragen und in einem darauffolgenden Zeitintervall ein weiterer Binärzählerstand akkumuliert wird; schließlich werden die Inhalte des Binärzählers und des Speicherregisters miteinander verglichen.

Eine überwachungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält einen Sender zum periodischen Aussenden eines Schallimpulses in einen Bereich, der wenigstens eine reflektierende Oberfläche aufweist sowie einen Empfänger zum Messen der Reflexion der Schallimpulse. In der Überwachungseinrichtung ist auch eine Meß- und Vergleichseinrichtung vorgesehen, die mit dem Sender und dem Empfänger gekoppelt ist, um diejenige Zeit zu messen, die zwischen dem Abstrahlen jedes Schallimpulses durch den Sender und dem Empfang von dessen Reflexion durch den Empfänger vergeht; ferner wird in der Meß- und Vergleichseinrichtung ein Referenzwert (T ) erzeugt, dessen Größe proportional der Zeit ist, die zwischen der Abstrahlung und dem Empfang eines ersten Schallimpulses vergeht, wobei der Referenzparameter (T ) mit einem Parameter für die verstrichene Zeit (T ) verglichen dessen Größe wiederum proportional der Zeit ist, die zwischen dem Abstrahlen und dem Empfangen eines nachfolgenden Schallimpulses vergeht, und eine Abweichung (Δ T) zwischen diesen Werten gemessen wird, damit in Abhängigkeit von einer Abweichung (ΔΤ) ein Ausgangssignal erzeugbar ist; außerdem enthält die überwachungseinrichtung eine mit der Meß- und Vergleichseinrichtung gekoppelte Alarmeinrichtung, in die ein aus der Meß- und Vergleichseinrichtung kommendes Ausgangssignal eingespeist

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wird, damit die Alarmeinrichtung in Abhängigkeit von diesem Ausgangssignal einen Alarm erzeugt.

In einer Weiterbildung ist ein gemeinsamer Zähler vorgesehen, der nicht nur den Referenzparameter (T ) und den Parameter für die verstrichene Zeit (T ) erstellt, sondern der auch für den Betrieb der überwachungseinrichtung nützliche Verzögerungszeiten erzeugt. Außerdem ist eine Einrichtung vorgesehen, damit der gemeinsame Zähler in einem normalen Betriebszustand mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz und während des Start- und Alarmbetriebszustandes mit einer wesentlich niedrigeren Zählfrequenz arbeitet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1A einen Raum, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und einer entsprechenden überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung zu schützen ist, in einer teilweise schematischen Draufsicht,

Fig. 1B eine gegenüber der Raumanordnung nach Fig. 1A geänderte Anordnung in einer teilweisen schematischen Draufsicht,

Fig. 2 eine überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung in einer vergrößerten Seitenansicht,

Fig. 3 das Blockdiagramm einer überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung,

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Fig. 4 den Verlauf unterschiedlicher Signale bei der überwachungseinrichtung nach Fig. 3,

Fig. 5 ein ausführlicheres schematisches Schaltbild der überwachungseinrichtung nach Fig. 3 und

Fig. 6 eine weitere Verwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung in einer teilweisen schematischen Draufsicht.

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In Fig. 1, die eine Draufsicht auf einen zu schützenden Bereich enthält, ist ein Impulsechoverfahren und eine überwachungseinrichtung zum Schutz gegen Einbruch veranschaulicht. Der Bereich enthält einen Raum 10 mit verschiedenen Ein- und Ausgängen, wie eine Tür 12 und ein Fenster 14. Die insgesamt mit 16 bezeichnete überwachungseinrichtung ist neben einer Raumwand 18 auf einer geeigneten Höhe angeordnet dargestellt. Ein im wesentlichen kegelförmiger, verhältnismäßig schmaler Schallenergiestrahl 20 wird von einem Sender der überwachungseinrichtung 16 abgestrahlt. Der Schallkegel 20 wird von einem Sendewandler 22 in Richtung auf eine Referenzoberfläche, die eine flache Oberfläche an der gegenüberliegenden Wand 24 enthält, geworfen. Die durch gekrümmte Wellenfronten 26 veranschaulichte abgestrahlte Schallenergie trifft auf die ebene Wandoberfläche auf und wird dort reflektiert. Die Wellenfrontverläufe der reflektierten Schallenergie sind durch gestrichelte Kurven 28 dargestellt. Die reflektierte Schallenergie wird durch einen Empfänger der überwachungseinrichtung 16 gemessen. Hierbei wird durch auf den Empfangswandler 30 auftreffende reflektierte Schallenergie ein elektrisches Signal erzeugt, das der empfangenen Schallenergie entspricht. Der Sende- bzw. der Empfangswandler 22 bzw. 30 sind in einem Gehäuse 32 der überwachungseinrichtung 16 nebeneinander angeordnet gezeigt. Diese Wandleranordnung ergibt ein verhältnismäßig kompaktes und leicht aufzustellendes Einbruchsalarmgerät, das mit verhältnismäßig niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Alternativ können auch der Sende- und der Empfangswandler 22 bzw. 30 an räumlich getrennten Stellen aufgestellt sein, wenn der Empfangswandler 30 so ausge-

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richtet ist, daß er reflektierte Schallenergie auffangen kann.

Die Einbruchsüberwachungseinrichtung 16 arbeitet nach dem Impulsechoprinzip, bei dem Schallimpulse periodisch abgestrahlt und von der Wand 24 reflektiert werden. Während ihrer Abstrahlung und der Reflexion zwischen der überwachungseinrichtung 16 und der Wand 24 durchläuft die Schallenergie eine Entfernung von (2D). Die für die Abstrahlung und Reflexion eines Impulses über die Entfernung (2D) erforderliche Zeit ist als Referenzparameter oder Referenzzeit (T ) bezeichnet. Wie unten ausführlich beschrieben ist, erzeugt die überwachungseinrichtung 16 zunächst ein elektrisches Signal, das der Referenzzeit (T ) entspricht,und speichert dieses. Die überwachungseinrichtung 16 sendet dann periodisch Schallimpulse aus und vergleicht die verstrichene Zeit (T ) zwischen dem Abstrahlen und der Reflexion mit der gespeicherten Referenzzeit (T ), wobei Abweichungen hiervon gemessen werden. Das Vorhandensein oder der Durchgang eines eindringenden Körpers 33 in oder in die Nähe des Schallkegels 20 bewirkt, daß die verstrichene Zeit (T ) von der Referenzzeit (T ) um eine Zeitdifferenz (ΔΤ) abweicht. Sobald ein Λ Τ auftritt (vorzugsweise ein Δ T, das einen vorbestimmten Wert übersteigt), gibt die überwachungseinrichtung 16 sofort oder nach einer vorbestimmten Verzögerung einen Alarm ab, der das Vorliegen eines Einbruchs anzeigt.

Ein Vorteil der überwachungseinrichtung 16 ist ihre Unterscheidungsfähigkeit bezüglich der Größe und der Gestalt des Gegenstandes. Innerhalb ihres Bereiches mißt die überwachungseinrichtung 16 ohne weiteres Reflexionen von ebenen Oberflächen, die senkrecht zu dem Schallkegel 20 ausgerichtet sind, wie die Wand 24.

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Die Wand 24 stellt vorzugsweise ein Bezugsziel dar, da es ihre verhältnismäßig große , ebenen Oberfläche ermöglicht, daß der Schallkegel 20 mit seinem gesamten oder zu einem wesentlichen Teil seines Querschnittes auf die Oberfläche auftrifft und die Schallenergie effizient in Richtung auf den Empfangswandler reflektiert wird. Ebene Referenzoberflächen ergeben verhältnismäßig gute Reflexionseigenschaften, während relativ kleine Objekte nicht stark reflektieren oder mit der von der Referenzoberfläche reflektierten Energie interferieren. Gekrümmten Oberflächen zeigen ähnliche Eigenschaften. Vorteilhafterweise ist die überwachungseinrichtung 16 deshalb gegenüber Nichteinbruchsbewegungen , die falsche Alarme auslösen könnten, unempfindlich. Eine derartige Bewegung kann die Bewegung eines Kleintieres durch den geschützten Bereich,das Flattern eines Fenstervorhanges od.dgl. sein. Andererseits interferieren das Vorhandensein oder der Durchgang verhältnismäßig großer Körper durch den geschützten Bereich, beispielsweise nach Fig. 1 der Körper eines Erwachsenen 33 erheblich mit den Reflexionen der Schallenergie von der Referenzoberfläche 24 und schwächt diese ab, obwohl der Körper 33 selbst nicht ausreichend Schallenergie reflektiert, die von der überwachungseinrichtung 16 zu messen ist. Wenn die Reflexion der Energie an der Referenzoberfläche 24 abgeschwächt ist, unterscheidet sich die verstrichene Zeit (T ) des abgesandten und reflektierten Impulses von der Referenzzeit (T ) und wird wesentlich länger. Die überwachungseinrichtung 16 mißt ein Δ Τ und zeigt das Auftreten eines Einbruches an. In ähnlicher Weise bewirkt das Aufstellen oder die Bewegung eines Gegenstandes mit einer verhältnismäßig großen ebenen Fläche in dem geschützten Bereich nach dem Inbetrieb-

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nehmen der überwachungseinrichtung 16 eine vorzeitige Reflexion der abgestrahlten Energie; das Zeitintervall (T ) ist dann kleiner als (T); somit tritt ein Δ Τ auf und es wird ein Alarm abgegeben.

Andere verhältnismäßig ebene Referenzoberflächen, die jedoch wesentlich kleiner sind als die Wand 24, können ebenfalls als Bezugsziele verwendet werden. In Fig. 1B ist wiederum der Raum 10 dargestellt, jedoch trifft in diesem Fall die abgestrahlte Schallenergie hauptsächlich auf eine verhältnismäßig ebene,reflektierende Oberfläche 23 eines Möbelstückes 25, beispielsweise einer Kommode oder eines Fernsehgerätes. Der Anteil, mit dem die Querschnittsfläche des Schallkegels 20 auf die reflektierende Oberfläche auftrifft, hängt von der Größe der Oberfläche, dem Abstand D¹ zwischen der überwachungseinrichtung und der reflektierenden Bezugsoberfläche, der Bewegung einer der Oberflächen und dem Vorliegen von interferierenden Gegenständen zwischen der Bezugsoberfläche und der überwachungseinrichtung ab. In diesem Falle ist der Referenzparameter (T ) diejenige Zeit, die für das Abstrahlen und Reflektieren eines Impulses über die Entfernung (2 D ') erforderlich ist. Wenn aus irgendeinem Grund das Möbelstück 25 nachträglich auf irgendeine Weise aus dem Schallkegel bewegt ist, unterscheidet sich die verstrichene Zeit (T ) der nachfolgenden Impulse von der Bezugszeit (Tj und es wird ein Alarm abgegeben. Somit ist darauf hinzuweisen, daß gemäß der Erfindung ein Alarm erzeugt wird, wenn eine Änderung der Umgebung auftritt, selbst wenn kein Schallimpuls mit einem anderen Objekt oder einem Eindringling in den Ausbreitungsweg des Schallkegels interferiert hat. In diesem Falle, in dem die ursprüngliche Zieloberfläche des Gegenstandes 25 aus dem auftreffenden

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Strahlkegel entfernt ist, wird der Alarm dennoch abgegeben, obwohl der Strahlkegel von der Wandfläche 24 reflektiert wird und die Alarmbedingung in diesem Falle gleich der Bezugsbedingung nach Fig. IA ist. In ähnlicher Weise kann der Strahlkegel auf andere Gegenstände, beispielsweise eine Tür oder ein Fenster, gerichtet werden, wobei dann ein Alarm abgegeben wird, wenn die Tür oder das Fenster geöffnet wird. Die Einbruchsalarmeinrichtung gemäß der Erfindung mißt bestimmte signifikante Umgebungsänderungen, die nach dem Einstellen des Referenzparameters (T ) auftreten.

Die Anordnung der überwachungseinrichtung 16 ist in dem Blockdiagramm nach Fig. 3 dargestellt. Eine Schallimpulsquelle enthält eine Senderstufe 100, die wie in einem gestrichelten Rechteck gezeigt, einen elektroakustischen Sendewandler 22 enthält. Der Sendewandler 22 ist symbolisch nach Fig. 3 das Schaltungsäquivalent einer Induktivität und eines Kristalls. Der Sendewandler 22 strahlt, wenn er durch elektrische Energieimpulse periodisch angeregt wird, periodische Schallimpulse ab. Die Ansteuerung des Sendewandlers 22 erfolgt durch eine Treiber- und Torschaltung 102. Die Eingangssignale für die Treiber- und Torschaltung 102 enthalten Torsignale , die von einer Timerschaltung 104 und einem

Haupttaktsignal (E ) abgeleitet sind, wobei das Taktsignal (E ) von einem Haupttaktoszillator 106 erzeugt wird. Das Torsignal (E„__o), das periodisch mit einer vorbestimmten Impulswiederholrate PRR auftritt, weist eine Pulsbreite (T_tI__,) auf, wie dies in Fig. 4 veran-

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schaulicht ist. Während des Impulsintervalls (T„_n_) ist die Treiber- und Torschaltung 102 aufgetastet und der Sendewandler 22 wird durch das Taktsignal (E ) mit der Frequenz (f ) des Haupttaktoszillators 106 angesteuert.

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Bei einer vorgegebenen Impulswiederholrate PRR weist die überwachungseinrichtung 16 einen maximalen Meßbereich (D ) auf. Das Abstrahlen von Schallenergie über diesen Meßbereich hinaus kann zu unerwünschten Überlappungen zwischen den abgesendeten und den empfangenen Impulsen führen. Bei einer beispielhaften Anwendung beträgt der maximale Meßbereich (D ) 9,14 m und die

³ m

Impulswiederholrate liegt in der Größenordnung von 12 Hz. Der Haupttaktoszillator 106 erzeugt ein Taktsignal mit einer Ultraschallfrequenz (f ), womit der abgestrahlte Schallimpuls unhörbar wird.

Innerhalb eines gestrichelten Rechtecks 108 ist eine Timerschaltung zur Erzeugung einer Vielzahl von Taktimpulsen für die zeitliche Steuerung der verschiedenen Operationen der überwachungseinrichtung 16 veranschaulicht und enthält den Haupttaktoszillator 106, eine Taktteilerstufe 110 und die Timerstufe 104. Das Taktsignal (E ) wird der Taktteilerstufe 110 zugeführt. Die Taktteilerstufe 110 teilt die Ultraschalltaktfrequenz herunter und erzeugt auf den Leitungen 112, 114 und Ausgangssignale, die der Timerstufe 104 zugeführt werden. Ausgangssignale (E_H), (E_HA), (E_Hß) und (E_HBC) der

Timerstufe 104 steuern den zeitlichen Ablauf und die Operationen der unterschiedlichen Komponenten der überwachungseinrichtung 16. Diese Ausgangssignale (E„),

(E ), (E„_B) und (E„_BC) sowie ihre zeitliche Beziehung zueinander sind in Fig. 4 gezeigt. Zusätzlich zu diesen Signalen wird ein verhältnismäßig niederfrequentes Zähler-Steuersignal (E ) als ein Weiteres Ausgangssignal der Timerstufe 104 erzeugt.

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Innerhalb eines gestrichelten Rechteckes 118 ist eine Bezugs-, Zeitmeß- und Vergleichsschaltung enthalten. Diese Schaltung 118 beinhaltet einen Speicher, der ein Speicherregister 120 enthält, in das ein der Referenzzeit (T ) entsprechendes Digitalsignal eingegeben und gespeichert wird; ferner enthält die Schaltung 118 eine Zähleinrichtung, die einen Binärzähler 122 aufweist, der mit der Taktfrequenz (f ) fortgeschaltet wird und periodisch ein Digitalausgangssignal abgibt, das der verstrichenen Zeit (T ) entspricht; außerdem ist eine Schaltungsbaugruppe vorgesehen, die einen Addierer 124 und einen Komparator 126 enthält, um eine Abweichung zwischen (T ) und (T ) zu erkennen. Wie unten beschrieben ist, dient der Zähler 122 während eines Startbetriebszustandes als Verzögerungstimer und während des Alarmzustandes als Timer für die Dauer" "-eines Alarmes. Das Ausgangssignal des Speicherregisters 120 und das Ausgangssignal des Binärzählers 122 werden dem Volladdierer 124 zugeführt. Der Addierer 124 substrahiert die der Bezugszeit (T ) entsprechende Binärzahl aus dem Speicherregister 120 von der Binärzahl, die am Ausgang des Binärzählers erhalten wird. Wenn kein Einbruch oder Eindringen vorliegt, ist die Ausgangsgröße des Volladdierers 124 Null. Jedoch können durch betriebliche Faktoren hervorgerufene Abweichungen einen inkrementalen Unterschied zwischen der gespeicherten Bezugszeit (T ) und der verstrichenen Zeit (T ) bewirken. Der Komparator 126 überprüft die Ausgangsgröße des Volladdierers 124 , um die Abweichungen zwischen der Größe der verstrichenen Zeit (T ) und der Bezugszeit (T ) zu messen. Wenn diese Abweichungen ein vorgegebenes Inkrement (ΔΤ) übersteigen, wird auf einer Ausgangsleitung 128 des Komparators ein Einbruchszustand angezeigt.

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Wie ausgeführt, akkumuliert der Binärzähler 122 einen Zählwert, der während eines Normalbetriebes der verstrichenen Zeit (T ) entspricht. Während des Startbetriebszustandes hingegen erzeugt der Zähler 122 eine Zeitverzögerung, ehe die überwachungseinrichtung in einen scharfen Betriebszustand übergeht. In dem scharfen Betriebszustand wird der Binärzähler 122 mit einer Zählrate (f ) durch das Taktsignal (E ) weitergeschaltet, das von dem Haupttaktoszillator 106 abgeleitet ist und über ein Zählergatter 130 dem Binärzähler 122 zugeführt wird. In dem Startbetriebszustand wird der Zähler 122 durch das Signal (E ) mit verhältnismäßig niedriger Frequenz weitergeschaltet, das ebenfalls über das Zählergatter 130 dem Binärzähler 120 zugeführt wird, um diesen fortzuschalten. In dem scharfen Betriebszustand wird der Zähler 122 zunächst durch einen Rücksetzimpuls (E ) zurückgesetzt, der ihm über eine Eingangsleitung 132 zugeführt wird. Das Zählergatter 130 wird durch ein Signal auf einer Eingangsleitung 133 aufgetastet. Wenn der Sendewandler 122 das erste Mal angeregt wird, zählt der Binärzähler 122 kontinuierlich mit der Taktfrequenz (f ) solange, bis der Zählvorgang durch den Empfang eines reflektierten Schallimpulses durch eine Empfangseinrichtung gesperrt wird, die ebenfalls in einem gestrichelten Rechteck enthalten und allger- · ii 134 bezeichnet ist. Ein reflektiertes Schallsignal, de auf den Empfangswandler 30 (Fig. 1) auftrifft, der in Fig. 3 durch das Schaltungsäquivalent bestehend aus el· Parallelschaltung eines Kristalles und einer Induktiv; :at gezeigt ist, bewirkt, daß ein elektrisches Signal erzeugt wird, das in einen Verstärker 136 mit variabler Verstärkung eingespeist wird. Der Verstärker 136 ist ein Verstärker mit zeitabhängiger Verstärkung, bei dem die Verstärkung mit der Zeit ansteigt, um die Empfind-

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lichkeit der überwachungseinrichtung zu steigern und die komplementäre Dämpfungscharakteristik des Schallimpulses zu kompensieren, über ein Steuergatter 138 wird ein Ausgangssignal des Verstärkers 136 einem Empfangsflipflop 140 zugeführt. Das empfangene Signal setzt das Flipflop 140, so daß sein über eine Inhibitsteuerung 142 dem Zähler 122 zugeführtes Ausgangssignal die Zählung sperrt. Das empfängerseitige Steuergatter 138 sperrt das Setzen des Empfängerflipflops 140 während der Impulszeit des Signales (E,), ¹^ ^e*-ⁿ Übersprechen von dem Sendewandler 22 zu dem Empfangswandler 30 während der Schallabgabe zu vermeiden. Eine ein Rücksetzgatter 144 enthaltende Schaltung dient dazu, das Flipflop 140 während des Sendeintervalles (T, ) zurückzusetzen, so daß das Flipflop 140 zum Messen des Empfangs eines reflektierten Impulses vorbereitet ist. Außerdem wird ein unten beschriebenes Hauptrücksetzsignal dem Rücksetzgatter 144 zugeführt, um das Flipflop 140 bei der Betriebsinitialisierung der überwachungseinrichtung 16 zurückzusetzen. Die Inhibitsteuerung 142 sperrt das Zählen des Binärzählers 122 beim Erkennen eines Einbruches, wie er durch ein Signal eines Einbruchsflipflops 146 oder eines Signales von einem Impulssperrflipflog 148 angezeigt wird, wie dies unten beschrieben ist.

In einem gestrichelten Rechteck 149 ist, wie veranschaulicht, eine Einbruchsmeßschaltung vorgesehen. Die Einbruchsmeßschaltung 149 enthält das Einbruchsflipflop eine Gatterschaltung 150 für das Flipflop 146, ein Setzflipflop 152 sowie eine Gatterschaltung 154 für das Flipflop 152. Das Auftreten eines (Δτ), das einen vorbestimmten Wert übersteigt, entspricht einem Einbruchs· zustand. Ein diesem Zustand entsprechendes Signal wird

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auf der Ausgangsleitung 128 des Komparators 126 während des Zeitintervalles des Timersignales (E ) erzeugt und der Gatterschaltung 150 zugeführt. Die Zeitsteuerung während des Intervalles ((T ) wird durch das Einspeisen des Signales (E ) in den Komparator 126 über eine Eingangsleitung 156 erreicht. Ein zweites Eingangssignal für die Gatterschaltung 150 enthält ein Ausgangssignal eines Sperrflipflops 158, das unten beschrieben ist. Das Setzen des Einspruchsflipflops sperrt eine Eingangsleitung des Flipflopgatters 154. Ein während des Impulsintervalles des Signales (E_HR) auftretender Rücksetzimpuls (E ) von der Zählerrücksetzsteuerung 160 setzt das Einbruchsflipflop 152. Das Ausgangssignal (E...) dieses Einbruchsflipflops wird einer Primärzählersteuerung 162 zugeführt, um die Taktimpulse zu sperren, die den Zähler 122 weiterschalten, und um ein verhältnismäßig niederfrequentes Fortschalten des Zählers 122 durch das Signal (E ) bei

einem Einbruchsbetriebszustand zuzulassen. Das Signal (E.) wird ferner einer Alarmschaltung 164 der Überwachungseinrichtung 16 zugeführt, um einen Alarm abzugeben. Die in einem gestrichelten Rechteck 164 dargestellte Alarmschaltung enthält eine Alarmhupe 166, einen Hupentreiber 168, ein Alarmflipflop 170 und eine Alarmflipflopsteuerung 172. Die Alarmhupe 166 ist so ausgelegt, daß sie entweder sofort nach dem Auftreten des Ausgangssignales (E.) einen Alarm abgibt oder daß der Alarm nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung abgegeben wird. Das sofortige oder verzögerte Ertönen der Hupe bei der Erkennung eines Einbruches ist durch einen Schalter 174 auswählbar. Ein Schaltkontakt 176 des Schalters ist wahlweise entweder mit einem an eine Spannungsquelle 178 angeschlossenen Kontakt verbunden oder mit einem mit Massepotential in Verbindung stehenden Kontakt ver-

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bunden. Wenn der Schaltkontakt 176 mit der Spannungsquelle 178 in Verbindung steht, ist die Alarmschaltung so voreingestellt, daß sie sofort nach dem Auftreten des Signales (E.) ertönt, über den Schaltkontakt 176 wird über eine Leitung 180 der Alarmsteuerschaltung 172 eine Spannung zugeführt, die diese auftastet. Das Auftreten des Signales (E.) schaltet das Alarmflipflop 170 in den Alarmzustand, so daß der die Hupe 166 ansteuernde Hupentreiber 168 aufgetastet wird und ein Alarm ertönt.

Alternativ wird durch die Zufuhr von Eingangssignalen aus Ausgängen des Binärzählers 122 in die Alarmflipflopsteuerung 172 eine Verzögerung beim Ertönen eines Alarmes bewirkt. Nach Fig. 3 sind Eingänge der Alarmflipflopsteuerung 172 mit den Ausgängen Qg und Q_ des Binärzählers verbunden. Der Betriebszustand mit dem verzögerten Ertönen des Alarmes wird dadurch hergestellt, daß der Schaltkontakt 176 des Wahlschalters 174 mit Massepotential verbunden wird, so daß das Freigabepotential· von der Alarmflipflopsteuerung 172 entfernt wird. Beim Auftreten des Signales (E.) wird der Binärzähler 122 in einen Warn zustand umgeschaltet und zählt mit der verhältnismäßig niedrigen Zählgeschwindigkeit entsprechend dem Signal (E ). Unter diesen Umständen zählt der Zähler 122 verhältnismäßig. langsam und es erscheinen nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit an den Zählerausgangsleitungen Q, und Q- gleichzeitig Ausgangssignale. Zu diesem Zeitpunkt wird die Alarmflipflopsteuerung 172 entsperrt und das Alarmflipflop 170 gesetzt, so daß die Hupe 166 ertönt.

Sowohl in dem Betriebszustand mit sofortigem als auch dem Betriebszustand mit verzögertem Ertönen der Hupe 166 er-

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tönt diese ständig, da der Binärzähler 122 mit der niedrigen Zählgeschwindigkeit solange fortschaltet, bis ein Ausgangssignal an der Zählerleitung Q₁₂ erscheint. Auf diese Weise erklingt die Hupe 166 während eines vorbestimmten Zeitintervalles. Die Koinzidenz zwischen einem Ausgangssignal an der Zählerleitung Q₁₂ und dem Einbruchssetzsignal (E.) wird durch das Hauptrücksetzgatter 181 gemessen, dem diese Signale zugeführt werden. Einer Hauptrücksetzsteuerung 184 wird ein Ausgangssignal dieses Hauptrücksetzgatters 181 beim Auftreten eines Ausgangssignales an der Ausgangsleitung Q₁- zugeführt, wodurch die Hauptrücksetzsteuerung 184 auf einer Ausgangsleitung 192 einen Hauptrücksetzimpuls erzeugt. Der Hauptrücksetzimpuls (E ) setzt alle Register zurück, beendet die Ansteuerung der Hupe 166 und initialisiert einen Startbestriebszustand für die überwachungseinrichtung 16.

In einem gestrichelten Rechteck 182 ist eine Steuerschaltung für die überwachungseinrichtung gezeigt, die die Hauptrücksetzsteuerung 184, ein Folgeflipflop 186 und ein Taktimpulsfreigabeflipflop 148 enthält. Ein der Hauptzählersteuerung 162 zugeführtes Ausgangssignal des Taktfreigabeflipflops 148 erzeugt ein Ausgangssignal auf der Ausgangsleitung 133 der Hauptzählersteuerung 162. Dieses Signal gibt die Zählersteuerung 130 frei, damit das Taktsignal (E ) zu dem Binärzähler 122 weitergegeben wird, damit dieser mit der Taktfrequenz zählt. Die Taktfrequenz liegt beispielsweise bei 24 kHz. Wenn das Taktfreigabeflipflop 148 zurückgesetzt ist, steuert ein Signal auf der Ausgangsleitung 133 der Hauptzählersteuerung 162 die Zählersteuerung 130 um, damit das Signal (E ) zu dem Binärzähler 122 gelangt, um diesen mit einer verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeit fortzuschalten.

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Beispielsweise beträgt die niedrige Zählrate 6 Hz.

Die Zufuhr der Betriebsspannung zu der überwachungseinrichtung über einen Ein-Aus-Schalter 190 (wenn der Schalterkontakt 176 mit Masse verbunden ist) bewirkt, daß die Hauptrücksetζsteuerung 184 sofort auf der Ausgangsleitung 192 einen Hauptrücksetzimpuls erzeugt. Dieser Impuls setzt alle Flipflops und Register der überwachungseinrichtung zurück und bringt sie in einen Startbetriebszustand. Der Hauptrücksetzimpuls wird dem Folgeflipflop 186 und dem Taktfreigabeflipflop 148 zugeführt und setzt diese zurück. Da das Folgeflipflop 186 zurückgesetzt ist, wird das Taktfreigabegatter 194 gesperrt und verhindert, daß das Signal (E„_.) das Taktfreigabeflipflop 148 setzt. Unter diesen Umständen bewirkt die Hauptzählersteuerung 162, daß die Zählersteuerung 130 das niederfrequente Signal (E ) überträgt und der Binärzähler 122 mit der verhältnismäßig niedrigen Zählgeschwindigkeit zählt. Da der Binärzähler 122 mit dieser niedrigen Geschwindigkeit fortschaltet, vergeht ein vorbestimmtes Zeitintervall (T_ß),ehe der Zählerstand einen Wert erreicht, bei dem ein Ausgangssignal an der Ausgangsleitung Q_g des Binärzählers 122 abgegeben wird.

Dieses Zeitintervall (T_D) ist so festgelegt, daß sich nach der Betriebsinitialisierung der überwachungseinrichtung eine Zeitspanne ergibt, die es dem Benutzer ermöglicht, den zu schützenden Bereich zu verlassen. Somit gibt es ein Zeitintervall,innerhalb dem der Benutzer die überwachungseinrichtung einstellen und den geschützten Bereich verlassen kann, ohne daß durch seine temporäre Anwesenheit während der Startphase falsche Alarme ausgelöst werden.

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Am Ende dieses Zeitintervalles (T-J wird das auf der Ausgangsleitung Q_g auftretende Signal dem Verzögerungssteuergatter 196 zugeführt, das das Folgeflipflop 186 veranlaßt, das Taktfreigabegatter 194 aufzutasten. Beim Auftreten des nächstfolgenden Timersignales (E„_) an

riß

dem Taktfreigabegatter 194 wird das Taktfreigabeflipflop 148 gesetzt. Das Ausgangssignal des gesetzten Taktfreigabeflipflops 148 bewirkt an der Hauptzählersteuerung 162 eine solche Spannung an der zugehörigen Ausgangsleitung 133, daß die Zählgeschwindigkeitssteuerung 130 das Taktsignal (E ) durchläßt, damit der Binärzähler 122 mit der Taktfrequenz (f ) zählt. Das ebenfalls der Zählerrücksetzsteuerung 160 zugeführte Timersignal
zurück.

signal (E„_.) setzt gleichzeitig den Binärzähler 122

no

Alternativ zu dem beschriebenen verzögerten Startbetriebszustand ist die Auswahl eines sofortigen Startes durch die Betätigung des Schaltkontaktes 176 des Schalters 174 vorgesehen, wobei in diesem Falle der Schaltkontakt 176 mit dem an die Stromversorgung 178 angeschlossenen Kontakt in Verbindung steht. Hierdurch wird das Verzögerungssteuergatter freigegeben, womit das Folgeflipflop 186 gesetzt und gleich zu Anfang veranlaßt wird, daß der Binärzähler 122 mit der verhältnismäßig hohen Taktfrequenz zählt.

Ein vorteilhaftes Merkmal der Einbruchsüberwachungseinrichtung ist die automatische Einstellung auf die Referenzoberfläche 24 (Fig. 1). Das anfängliche Zählen des Binärzählers 122 wird durch das Impulssignal (E₁₁-), das das Taktfreigabesignal 148 setzt,und durch die Hauptzählersteuerung 162 zeitlich gesteuert, die abhängig von dem Taktfreigabeflipflop 148 das Zählergeschwindigkeitssteuergatter 130 umsteuert, damit dieses

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29 A5 Ί

die Taktimpulse durchläßt. Gleichzeitig mit dem Signal (E ) erscheint das oben erwähnte Signal (E _,) für

HB rioC

den Sendewandler 22. Somit wird, wenn der Binärzähler 122 sein Zählen beginnt, ein Schallsignal erzeugt und abgestrahlt. Das Schallsignal wird auf die Referenzoberfläche 24 geworfen und von dieser reflektiert. Beim Messen der reflektierten Schallenergie durch den Empfangswandler 30 wird zu einem Zeitpunkt während eines Zeitintervalles (T ) zwischen dem Empfängersperrintervall

(T, ) und dem darauffolgenden Empfängersperrintervall (T') das Empfangsflipflop 140 gesetzt und, wie oben beschrieben, ein weiteres Zählen des Binärzählers gesperrt. Da die Ausgangsanschlüsse des Binärzählers 122 auch mit den Eingangsanschlüssen des Speicherregisters 120 über eine Sammelschiene 199 verbunden sind, wird der akkumulierte Zählerstand in das Speicherregister 120 überführt. Beim Auftreten des nächsten folgenden Timersignales (E ) wird ein Flipflopsteuergatter

Πη

198 freigegeben und somit das Freigabeflipflop 158 gesetzt. Das Ausgangssignal dieses Flipflops 158 gelangt über eine Eingangsleitung 200 in das Speicherregister 120, womit das Speicherregister 12o umgeschaltet und der Initialisierungszählerstand des Binärzählers 122 in ihm gespeichert wird. Dieser gespeicherte Initialisierungs Zählerstand, der in Gestalt eines elektrischen Signales an den Ausgangsleitungen 201 des Speicherregisters anliegt, enthält den Referenzparameter (T ),dessen Wert demjenigen Zeitintervall entspricht, das während der unbehinderten Abstrahlung und Reflexion eines ersten Schallimpulses zwischen dem Sendewandler 22 und dem Empfangswandler 30 vergeht. Dieser Zählerstand (T ) bleibt in dem Speicherregister solange gespeichert, bis das Freigabeflipflop 158 beim Eintreffen eines Hauptrücksetzimpulses zurückgesetzt wird. Der Hauptrücksetz-

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impuls erscheint automatisch, wenn der Binärzähler einen Zählerstand mit einem Ausgangssignal an der Leitung Q₁₂ akkumuliert und das Alarmflipflop gesetzt ist. Nach einem Initialisierungsbetriebszyklus sind die Inhalte des Speicherregisters 120 und des Binärzählers 122 im wesentlichen die gleichen, so daß das Ausgangssignal des Volladdierers 122 im wesentlichen Null ist. Der Komparator 126 ist auf einen vorbestimmten Wert voreingestellt, der einem (Δ T) entspricht, um Abweichungen zwischen (T ) und (T ) aufzufangen, die sich aufgrund unterschiedlicher Betriebsfaktoren, beispielsweise Herstellungstoleranzen u.dgl. ergeben. Das Ausgangssignal des Komparators 126 ist dementsprechend während des Zeitintervalles (T ) des nächsten auf-

ti/A

tretenden Timersignales (E„_a) tatsächlich Null. Nach dem nächsten Signal (E_u__) und dem Abstrahlen eines Schallimpulses zählt der Binärzähler 122 erneut und die zwischen dem Abstrahlen und der Reflexion des Schallimpulses verstrichene Zeit (T ) wird in dem Binärzähler 122 gespeichert. Der (T ) entsprechende Inhalt des Speicherregisters 120 und der (T ) entsprechende Inhalt des Binärzählers 122 werden während des nächsten Zeitintervalles (T_HA) verglichen. Wenn der Unterschied zwischen (T ) und (T ) kleiner als ein vorgegebenes Inkrement (AT) ist, wird kein Einbruch angezeigt und auf der Leitung 128 wird kein Einbruchausgangssignal erzeugt.

Die überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung zur Erkennung von Einbrüchen ist ferner auch in solchen Bereichen anwendbar, in denen ungeeignete Referenzoberflächen vorhanden sind oder in denen überhaupt keine Referenzoberflächen bestehen. Eine diese Merkmale aufweisende spezielle Anwendung ist beispielsweise die Erkennung, daß in derfumgebung einer Außentür Objekte oder

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Teile vorhanden sind oder sich nähern.

In Fig. 6 ist eine äußere Gebäudewand 210 mit einer Eingangstür 212 teilweise dargestellt. Die überwachungseinrichtung 16 ist neben der Tür in einer geeigneten Höhe angebracht und wirft einen kegeligen Strahl 20 nach außen in Richtung von der Außenwand 210 und der Tür 212 weg. Es ist festzustellen, daß

innerhalb des Erfassungsbereiches (D'' ) der Oberfl

wachungseinrichtung 16 keine Bezugsoberfläche vorhanden ist. Eine gestrichelte Linie 214 bezeichnet den äußeren Bereich des Kegels 20 in der Entfernung (D¹' ). Wenn in dem Kegel 20 zwischen der Schallquelle 16 und der Linie 214 kein Gegenstand vorhanden ist, wird unter diesen Umständen keine Reflexion der abgestrahlten Schallenergie auftreten und es wird auch kein Eingangssignal durch die Empfangsschaltung 134 nach Fig. erzeugt. Der Binärzähler 122 zählt deshalb solange fort, bis ein nachfolgendes Signal (E,,,) auftritt, wobei zu diesem Zeitpunkt ein in dem Binärzähler 122 akkumulierter Zählerstand nach dem Initialisierungszählen in das Speicherregister 120 übertragen wird. Der Binärzähler weist eine so große Zählkapazität auf, daß seine Kapazität bei der Taktfrequenz (f ) die Zahl der Zählschritte überschreitet, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen (E ) akkumuliert werden können. Beispielsweise können bei einer Puiswiederholrate des Signales (E_HA) von näherungsweise 12Hz (T ist gleich 83 ms) und einer Zählgeschwindigkeit von 24 kHz etwa 1999 Schritte zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Impulsen (E-,-) gezählt werden. Der Binärzähler 122 ist ein Zwölf-Bit-Zähler, der eine Kapazität von 4096 Zuständen aufweist, was über der Anzahl der Zählschritte liegt, die in 83 ms gezählt werden können. Der akkumulierte Zählerstand am Ende der

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ersten 83 ms (d.h. 1999) wird in das Speicherregister 120 übertragen und bildet den Referenzwert (T ). Dieser Wert entspricht einer "effektiven" Bezugsoberfläche, die an der Stelle der Linie 214 (Fig. 6) angeordnet ist. Wenn ein Gegenstand oder ein Individuum in den Strahlkegel 20 gelangt und an einer zwischen der überwachungseinrichtung 16 und der Linie 214 liegenden Stelle Reflexionen verursacht, ergibt sich eine Abweichung zwischen dem gespeicherten Zählerstand und dem zu der Reflexion in der Entfernung der Linie 214 entsprechenden Zählerstand, so daß, wie oben ausgeführt, ein Alarm ertönt. Obwohl, wie bereits gesagt, ein in einem größeren Abstand befindlicher menschlicher Körper Schallenergie nicht ausreichend reflektiert, steigt durch die Bewegung des Körpers auf-.eine, bezogen auf die überwachungseinrichtung 16, nähergelegene Stelle zu, die Reflexionswirkung, und zwar bis ein Punkt erreicht ist, an dem eine Erkennung erfolgt.

In Fig. 5 ist eine detailliertere Darstellung der Anordnung nach Fig. 3 veranschaulicht. Diejenigen Baugruppen nach Fig. 3, die entsprechend Fig. 5 aus einer Vielzahl logischer Bauelemente aufgebaut sind, sind durch gestrichelte Rechtecke eingerahmt und durch dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 3 gekennzeichnet. Die Baugruppen nach Fig. 3, deren Funktion durch ein einziges Logikelement erbracht wird, tragen jeweils in Fig. 5 das gleiche Bezugszeichen. Die Sendewandlerschaltung 102 des Senders 100 enthält ein erstes und ein zweites NAND-Gatter 300 bzw. 302, die über Inverterverstärker 304 und 306 mit den Basiselektroden von NPN-Transistorverstärkern 308 bzw. 310 verbunden sind. Die Inverterverstärker 304 und 306 sind zusammen mit den NPN-Transistorverstärkern 312 und 314 zu einer Gegentaktbrückenschaltung (totem pole) verbunden, um den Sendewandler 22

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während des kurzen Intervalles (T„_BC) periodisch mit der Taktfrequenz (f ) anzuregen.

Der Oszillator 106 enthält einen freilaufenden Multivibrator mit einer Kapazität 301 und Widerständen 303, 305, 307, um die gewünschte Arbeitsfrequenz zu erhalten. Bei einer beispielhaften Anordnung arbeitet der Oszillator auf einer Frequenz von 24 kHz. Das Ausgangssignal des Oszillators 106 wird in einen ersten Dezimalzähler 370 der Taktverteilerstufe 110 eingespeist. Diese Taktverteilerstufe 110 enthält ferner Dezimalzähler 372 und 376 ebenso wie eine Hälfte eines doppelten D-Flipflops 374. Für die beispielhafte Taktfrequenz von 24 kHz erscheinen die Ausgangssignale an den Anschlüssen der Dezimalzähler 370 und 372 bzw. des Flipflops 374 und des Dezimalzählers 376 mit einer Frequenz von 2,4 kHz, 240 Hz, 120 Hz bzw. 12 Hz. Diese Ausgangssignale werden in die Timerstufe 104 eingespeist. Die Timerstufe 104 enthält ein NAND-Gatter 316, einen Inverter 317 sowie NAND-Gatter 318 und 320, die alle in dem Rechteck 104 dargestellt sind sowie zusätzlich ein D-Flipflop 321, das aus Gründen der Zeichnungsauslegung außerhalb des Rechtecks 104 gezeigt ist.

Die Zählgeschwindigkeitssteuerung 130, über die die Zählimpulse dem Binärzähler 122 zugeführt werden, enthält NAND-Gatter 358 und 360. Die Inhibitsteuerung 142 zum Sperren des Binärzählers 122 ist durch ein NOR-Gatter 364 und ein NAND-Gatter 362 gebildet. Der Zähler 122 enthält einen zwölfstufigen Binärzähler, dessen Ausgänge Q₁ bis Q₁- an das Speicherregister 120 und den Volladdierer 194 angeschlossen sind. Das Speicherregister 120 ist durch drei Vierfach-D-Flipflops 330, 332 und 334 gebildet, die jeweils einen Vier-Bit-Speicher darstellen.

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Ein aus dem Freigabeflipflop 158 auf der Leitung 200 abgeleitetes Schaltsignal wird jedem dieser D-Flipflops zugeführt. Aus Gründen der Vereinfachung der Figur ist die Verbindung der Schaltsteuerleitung 200 mit dem D-Flipflop jedoch nicht dargestellt. Der Volladdierer 124 beinhaltet einen Zwölf-Bit-Volladdierer, der aus drei Vier-Bit-Volladdierern 336, 338 und 340 aufgebaut ist. Die Ausgänge dieser Stufen sind an den Komparator 126 angeschlossen, der NAND-Gatter 343 und 344 enthält. Die Ausgangssignale letzterer NAND-Gatter 343 und 344 werden einem NOR-Gatter 346 zugeführt. Ferner sind die Ausgänge des Volladdierers 124 mit NOR-Gattern 348 und 350 verbunden. Die Ausgänge dieser NOR-Gatter 348 und 350 sind an ein NAND-Gatter 352 angeschlossen. Das Signal des NAND-Gatters 352 wird zusammen mit dem Ausgangssignal des NOR-Gatters 346 einmal direkt und einmal über einen Inverter 356 dem NAND-Gatter 354 zugeführt.

Das Signal auf der Leitung 128 gelangt in das Steuer-NOR-Gatter 150. Das Einbruchsflipflop 156 und das Setzflipflop 152 enthalten jeweils eine Hälfte eines doppelten D-Flipflops. Das Steuergatter 154 wird durch einen Inverter 131 und ein NOR-Gatter 433 gebildet.

Das Folgeflipflop 186, das Taktfreigabeflipflop 148 und das Freigabeflipflop 158 der Steuerschaltung 182 enthalten jeweils eine Hälfte eines zweifachen D-Flipflops. Das zu dem Folgeflipflop 186 gehörende Verzögerungssteuergatter 196 beinhaltet ein NOR-Gatter 384 und einen Inverter 388. Die zu dem Taktfreigabeflipflop 148 und dem Freigabeflipflop 158 gehörenden Gatter 194 und 198 sind jeweils NOR-Gatter. Die Zählerrucksetzsteuerung 160 besteht aus einem NAND-Gatter 366, dessen Ausgangs-

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signal zusammen mit einem Rücksetzimpuls (E ) aus der Hauptrücksetzsteuerung 184 in ein weiteres NAND-Gatter 368 der Rücksetzsteuerung 160 eingespeist wird. Das Rücksetzgatter 181 ist, wie dargestellt, mit einem NAND-Gatter 390 und einem Inverter 392 aufgebaut. Der Ausgang dieses Inverters 392 ist an die Basis eines Transistors 396 angeschlossen und somit mit der Hauptrücksetzsteuerung 184 verbunden. Der Ein-Aus-Schalter 390 führt dem Transistor 396 die Kollektorspannung zu und speist die Versorgungsspannung D in die Bauelemente der überwachungseinrichtung 16 ein. Der Emitter des Transistors 396 ist an ein NOR-Gatter 394 angeschlossen. Der Ausgang dieses NOR-Gatters 394 ist mit einem Inverter 400 verbunden, der den Rücksetzimpuls (E ) in die verschiedenen Register einspeist. Der Ausgang des NOR-Gatters 394 ist ferner an das NAND-Gatter 144 angeschaltet, um das Empfangsflipflop 140 zurückzusetzen, und er ist schließlich an das NAND-Gatter 368 angeschlossen, um den Binärzähler 122, wie ausgeführt, zurückzusetzen. Die Auswahl des verzögerten Betriebszustandes erfolgt durch das Umschalten des Schalterkontaktes 176, der mit einem Eingang des NOR-Gatters 384 des Verzögerungssteuergatters 196 sowie mit einem NAND-Gatter 404 der Alarmflipflopsteuerung 172 verbunden ist.

Die Alarmflipflopsteuerung 172 der Alarmsteuerschaltung 164 ist aus NAND-Gattern 204 und 404 aufgebaut, die jeweils an ein NAND-Gatter 406 angeschlossen sind. Der Ausgang des NAND-Gatters 406 steht mit einem D-Flipflop 170 in Verbindung. Die Treiberschaltung 168 für die Alarmhupe 166 weist NAND-Gatter 410 und 412 auf, deren Ausgänge über Inverter 414 bzw. 416 mit einer Gegentaktbrückenschaltung verbunden sind (totem pole driver), die

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NPN-Transistoren 418, 420, 422 und 424 enthält. Die Alarmhupe 166 ist in Fig, 5 als Spule dargestellt. Weitere Eingänge der NAND-Gatter 410 und 412 werden mit einem Signal mit einer reduzierten Frequenz von 204 kHz versorgt, das aus einem Ausgang des Dezimalzählers 370 der Taktverteilerstufe 110 abgeleitet ist. Ein Inverter 408 speist dieses Eingangssignal in das NAND-Gatter 412.

Ein elektrisches Signal von dem elektroakustischen Empfangswandler 30 der Empfangsschaltung 134 gelangt zu einem Operationsverstärker 378 mit variabler Verstärkung. Das auf diese Weise empfangene Signal wird verstärkt und in einen in Serie geschalteten Operationsverstärker 380 eingespeist sowie an einen Impulsverstärker 382 weitergeleitet, durch den das verstärkte empfangene Schallsignal als elektrischer Ausgangsimpuls bereitgestellt wird. Dieser Impuls wird dem NOR-Gatter 138 zugeführt, um das D-Empfangsflipflop 140 zu setzen. Das Empfangsflipflop 140 wird andererseits durch einen Ausgangsimpuls des Rücksetz-NAND-Gatters 144 zurückgesetzt.

Jedes der logischen Schaltelemente nach Fig. 5 ist ein bekanntes im Handel verfügbares Schaltelement. Für einen beispielhaften Aufbau wurden bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die folgenden durch ihre Typbezeichnung gekennzeichneten, im Handel verfügbaren Bauelemente verwendet. Fig. 5 enthält die Anschlußnummern für die speziellen, aufgelisteten Bauelemente.

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Baugruppe	372, 376	338, 340	CMOS Typ-Bezeichnung
Multivibrator 106	140, 148, , 152, 170		4047
Dezimalzähler 370,			4017
Flipflops 374, 32, 158, 186	Vierfach D-Flipflops 330, 322, 334		4013
Binärzähler 122	Volladdierer 336,		4040
	NAND-Gatter		4042
			4008
	Operationsverstärker	4011
NOR-Gatter	Impulsverstärker	4023
		4012
Inverter	4001
4002
4009
CA 3094
2N 5210

Das Verfahren und die überwachungseinrichtung sind insofern vorteilhaft, als sie eine Impulsechoeinbruchserkennung ergeben, deren Empfindlichkeit gegenüber Falschalarmen verringert ist. Die überwachungseinrichtung ergibt eine vorteilhafte automatische Einstellung auf eine Referenzoberfläche und enthält eine Startverzögerung, eine Alarmverzögerung und eine Alarmdauerzählung sowie ein automatisches Abschalten. Ferner weist die überwachungseinrichtung den Vorteil auf, daß sie verhältnismäßig kompakt ist und sich für verhältnismäßig preisgünstige Herstellungstechniken eignet.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1J Verfahren zur Erkennung eines in einen geschützten Bereich eindringenden Objektes oder bestimmter Umgebungsänderungen in diesem Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Referenzschallimpuls von einem Sender in den Bereich abgestrahlt wird, der wenigstens eine reflektierende Fläche aufweist,

b) ein Referenzparameter erstellt wird, dessen Wert proportional der Zeit ist, die zwischen der Abstrahlung des Referenzschallimpulses und dessen Reflexion zu einem Empfänger vergeht,

c) ein ähnlicher Schallimpuls von dem Sender in den Bereich gestrahlt,

d) ein Parameter für die verstrichene Zeit erstellt wird, dessen Wert proportional der Zeit ist, die zwischen der Abstrahlung des ähnlichen Schallimpulses und dessen Reflexion zu dem Empfänger verstreicht,

e) der Wert des Referenzparameters und der des Parameters für die verstrichene Zeit miteinander ver-

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ORDINAL INSPECTED

glichen werden sowie die Abweichung zwischen ihnen gemessen und

f) abhängig von der Abweichung ein Alarm erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alarm erzeugt wird, wenn die Größe der Abweichung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Alarm während eines vorbestimmten Zeitintervalles erzeugt und nach Ablauf dieses Zeitintervalles beendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte a) bis f) nach der Beendigung des Alarmes wiederholt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzparameter ein erstes elektrisches Digitalsignal enthält, während das verstrichene Zeitintervall durch ein zweites elektrisches Digitalsignal repräsentiert wird, und daß das erste und das zweite elektrische Digitalsignal miteinander verglichen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste elektrische Digitalsignal durch periodisches Zählen eines Binärzählers während eines Ze„tintervalles und durch übertragen des von dem Zähler akkumulierten Zählerstandes in ein Speicherregister erstellt wird, während das zweite elektrische Digitalsignal durch Zählen eines Binärzählers innerhalb eines Zeitintervalles erstellt wird und daß zur Durchführung des Vergleiches der Inhalt des Binär-

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29Ab183

Zählers und der des Speicherregisters miteinander vergleichen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Binärzähler während eines vorbestimmten Zeitintervalles mit einer ersten und darauffolgend mit aner zweiten relativ größeren Geschwindigkeit zählt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zählgeschwindigkeit innerhalb des vorbestimmten Zeitintervalles auftritt, wenn de Abweichung eine vorbestimmte zeitliche Größe überschreite^ und daß der Alarm während des vorbestimmten Zeitintervalles erzeugt wird.
9. überwachungseinrichtung zur Erkennung eines in einen geschützten Bereich eindringenden Objektes oder bestimmter Umgebungsänderungen in diesem Bereich gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) einen Sender (100), der periodisch Schallimpulse

in einen wenigstens eine reflektierende Fläche enthaltenden Bereich abstrahlt,

b) einen Empfänger (134), der eine Reflexion des Schallimpulses mißt,

c) eine mit dem Sender (100) und dem Empfänger (134) gekoppelte Meß- und Vergleichseinrichtung (118, 182) die die zwischen jedem Abstrahlen eines Schallimpulses und dem Empfang von dessen Reflexion verstrichene Zeit mißt, einen Referenzparameter (T ) erstellt, dessen Wert proportional der zwi-

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sehen dem Abstrahlen des ersten Schallimpulses und dem Empfang von dessen Reflexion vergangenen Zeit ist, den Referenzparameter (T ) mit einem Parameter (T ) für eine verstrichene Zeit, dessen Wert proportional der zwischen dem Abstrahlen eines nachfolgenden Schallimpulses und dem Empfang von dessen Reflexion verstrichenen Zeit ist, vergleicht sowie eine Abweichung (Δ T) zwischen beiden Werten (T , T ) mißt und die abhängig von einer Abweichung (Δτ) ein Ausgangssignal erzeugt, und

d) eine mit der Meß- und Vergleichseinrichtung (118, 182) verbundene Alarmeinrichtung (149, 164), die abhängig von einem in sie eingespeisten Ausgangssignal der Meß- und Vergleichsschaltung (118, 182) einen Alarm erzeugt.
10. überwachungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Vergleichseinrichtung (118, 182) einen Digitalzähler (122) enthält, dessen akkumulierter Zählerstand der jeweils vergangenen Zeit entspricht und an den ein Digitalspeicher (120) angeschlossen ist, der durch eine Ablaufsteuerung (182) gesteuert nach dem ersten Schallimpuls den

digitalen Zählerstand (T ) des Digitalzählers (122) übernimmt, und daß sie ferner einen Vergleicher (124, 126) enthält, in dem periodisch der Inhalt (T_r) des Speichers (120) mit dem akkumulierten Inhalt (T ) des Digitalzählers (122) vergleichen werden.
11. überwachungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Vergleichseinrichtung (118, 182) einen mit dem Speicher (120) und dem Digitalzähler (122) verbundenen Addierer (124) aufweist,

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dessen Ausgangsgröße der Differenz zwischen dem Inhalt des Speichers (120) und dem Inhalt des Digitalzählers (122) entspricht, die in einen Vergleicher (126) eingegeben wird, der die Ausgangsgröße des Addierers (124) mit einem einer vorbestimmten Abweichung entsprechenden Digitalsignal vergleicht.
12. überwachungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zählersteuerung (130) den Digitalzähler (122) während einer Startphase mit einer ersten Geschwindigkeit (E ) und während einer Betriebsphase mit einer zweiten relativ höheren Geschwindigkeit (E ) zählen läßt.
13. überwachungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalzähler (122) beim Auftreten einer den vorbestimmten Wert übersteigenden Abweichung (Δ T) mit der ersten Geschwindigkeit (E₃) zählt und daß während des vorbestimmten Zeitintervalles der Alarm erzeugbar ist.
14. überwachungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungseinrichtung (176, 196) vorgesehen ist, die die Erzeugung eines Alarmes bis zum Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes durch den mit der ersten Geschwindigkeit (E ) zählenden Digitalzählers (122) verzögert.

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