DE3144471A1

DE3144471A1 - Schwingungsfuehl- und/oder -lokalisierungseinrichtung

Info

Publication number: DE3144471A1
Application number: DE19813144471
Authority: DE
Inventors: Edward Tel Aviv Gliksman; Ami Neve Monoson Grynberg; Abraham Perlstein
Original assignee: Israel Aircraft Industries Ltd
Current assignee: Israel Aircraft Industries Ltd
Priority date: 1980-11-09
Filing date: 1981-11-09
Publication date: 1982-07-01
Also published as: IL61438A0; IT8124893A0; IL74647A0; ZA817527B; US4466288A; IT1142050B

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung, und zwar insbesondere eine Einrichtung zum Fühlen und Bestimmen des Orts von Schwingungen, wobei unter Schwingungen insbesondere auch Vibrationen verstanden werden sollen.

Gegenwärtig sind verschiedene Arten von Schwingungssensoren bekannt. Diese umfassen z. B. leitfähige Kugeln, die sich unter Schwingungen bewegen, so daß sie einen normalerweise geschlossenen Stromkreis unterbrechen, sowie verschiedene federbelastete, schwingungsempfindliche Einrichtungen. Es sind auch Schwingungssensoren bekannt, in denen Quecksilber vorgesehen ist, das, wenn es sich in Ruhe befindet, einen Stromkreis zwischen zwei Elektroden schließt. Die bekannten Quecksilberschwingungssensoren definieren zwei Zustände, nämlich in Ruhe, wenn der Stromkreis geschlossen ist, und gestört bzw. erschüttert, wenn der Stromkreis offen ist.

Schwingungssensoren der vorstehend beschriebenen Art und Schutzanordnungen, in denen solche Sensoren verwendet werden, haben den wesentlichen Nachteil, daß einzelne Sensoren unwirksam gemacht, von der Schutzanordnung abgetrennt oder nebengeschlossen sein können, ohne daß sie einer Bedienungsperson eine merkliche Anzeige geben.

Die Reflektometrie ist an sich für die Verwendung bei der Lokalisierung von Defekten in Übertragungsleitungen bekannt. Eine allgemeine Druckschrift über Reflektometrie ist die Druckschrift "Time Domain Refleetometry" HP AN 75, veröffentlicht von der Firma Hewlett-Packard Inc., USA im März 1966.

Kurz zusammengefaßt soll mit der vorliegenden Erfindung eine Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung zur Verfugung gestellt werden, und zwar insbesondere ein Schwingungssensor, mit dem die Nachteile der Schwingungssensoren nach dem Stande der Technik, wie sie oben beschrieben worden sind, überwunden werden, sowie weiterhin insbesondere eine Schutzanordnung, in der Schwingungssensoren vorgesehen sind und die in der Weise arbeitet, daß sie den Ort einer Schwingung oder eines Eingriffs in der Anordnung an-To zeigt.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird infolgedessen ein Schwingungssensor zur Verfügung gestellt, der eine erste Einrichtung umfaßt, die, wenn der Sensor in einem ersten Bereich von Ausrichtungen orientiert ist, derart arbeitet, daß sie einen momentanen ersten Impedanzzustand in Ansprechung auf die Schwingung von wenigstens einer vorbestimmten Stärke hervorbringt, sowie eine zweite Einrichtung, die, wenn der Sensor in einem zweiten Bereich von Ausrichtungen orientiert ist, derart arbeitet, daß sie einen stationären zweiten Impedanzzustand hervorbringt.

Weiter bringt der Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen dritten Impedanzzustand hervor, wenn er in dem ersten Bereich von Ausrichtungen orientiert in Ruhe ist.

Außerdem können gemäß der vorliegenden Erfindung der erste und zweite Impedanzzustand identisch sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Schwingungssensor·ein Gehäuse, eine erste und zweite Elektrode, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, und einen flüssigen Leiter, der innerhalb des Gehäu-

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ses vorgesehen ist, wobei die erste und zweite Elektrode sowie der flüssige Leiter derart angeordnet sind, daß sich die erste und zweite Elektrode in elektrisch nichtleitender Beziehung bzw. Verbindung befinden, wenn das Gehäuse in einem ersten Bereich von Ausrichtungen in Ruhe ist; wenn Schwingungen von vorbestimmter Stärke auf den Sensor im ersten Bereich von Ausrichtungen zur Einwirkung gebracht werden, wird ein momentaner elektrischer Kontakt zwischen der ersten und zweiten Elektrode ausgebildet, und -] ο wenn das Gehäuse in einem zweiten Bereich von Ausrichtungen ist, wird eine stationäre elektrische Verbindung zwischen der ersten und zweiten Elektrode ausgebildet.

Gemäß dieser Ausführungsform ist der flüssige Leiter so T5 angeordnet, daß er mehr als die Hälfte des Gehäuses füllt.

Außerdem wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Schwingungssensor zur Verfügung gestellt, der ein Gehäuse umfaßt, sowie eine erste und zweite Elektrode, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, einen flüssigen Leiter, der innerhalb des Gehäuses vorgesehen und so angeordnet ist, daß er normalerweise einen elektrischen Kreis zwischen der ersten und zweiten Elektrode schließt, wenn sich das Gehäuse in einem ersten Bereich von Ausrichtungen befindet, eine dritte Elektrode, die innerhalb des Gehäuses vorgesehen und so angeordnet ist, daß sie in elektrisch nichtleitender Beziehung bzw. Verbindung mit dem flüssigen Leiter ist, wenn sich das Gehäuse in dem ersten Bereich von Ausrichtungen in Ruhe befindet, dagegen eine elektrische Verbindung mit dem flüssigen Leiter bildet, wenn das Gehäuse gestört bzw. erschüttert wird, wobei die erste, zweite und dritte Elektrode und der flüssige Leiter derart angeordnet sind, daß die erste und zweite Elektrode voneinander isoliert sind, wenn sich das Gehäuse in einer zweiten Ausrichtung befindet.

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Weiterhin sind gemäß einer Ausführungsform der vorliegendem Erfindung die erste und zweite Elektrode.je mit einer inneren Leitung eines Koaxialkabels verbunden, während die dritte Elektrode mit der Kabelabschirmung verbunden ist.

Darüber hinaus ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Sensor so aufgebaut und mit dem Koaxialkabel verbunden, daß er mit diesem impedanzabgeglichen ist.

Außerdem wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Schwingungsfühl- und -lokalisierungseinrichtung zur Verfügung gestellt,' die eine verlängerte übertragungsleitung umfaßt, die eine Mehrzahl von Schwingungssensoren, die mit

T5 der übertragungsleitung verbunden und längs derselben verteilt sind, eine Einrichtung zum Senden von Signalen entlang der Übertragungsleitung, eine Einrichtung zum Empfangen von Signalen, die durch die Schwingungssensoren, wenn diese gestört bzw. erschüttert werden, entlang der Übertragungsleitung reflektiert werden, und eine Einrichtung zum Ermitteln der Zeit, die zwischen dem Senden und Empfangen von Signalen vergangen ist, zum Zwecke des Bestimmens des Orts eines gestörten bzw. erschütterten Schwingungssensors,hat.

Weiter sind gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Sensoren mit der Übertragungsleitung impedanzabgeglichen, so daß eine Anzeige eines Eingriffs oder eines versuchten Nebenschlusses der Sensoren durch Abfühlen ermöglicht wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Übertragungsleitung ein Koaxialkabel, und der Sensor ist ein Sensor von der oben beschriebenen Art, welcher drei Elektroden hat.

Darüber hinaus weist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Einrichtung zum Ermitteln der vergangenen Zeit ei-

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ne Empfindlichkeits- und Auflösungsverbesserungseinrichtung auf, welche das empfangene Hintergrundsignal beim Nichtvorhandensein eines reflektierten Signals abtastet, das abgetastete empfangene Signal aufzeichnet und es mit augenblicklich bzw. laufend empfangenen Signalen zum Unterscheiden von Kintergrundsignalen von alarmanzeigenden Signalen vergleicht.

Weiter weist die Empfindlichkeits- und Auflösungsverbesse- -)_o rungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auch eine Einrichtung zum genauen Bestimmen des Einsatzes bzw. Beginns eines reflektierten, einen offenen Kreis oder eine Schwingung anzeigenden Signals.durch Vergleichen des aufgezeichneten, abgetasteten Hintergrundsignals mit dem ■\ 5 augenblicklich bzw. laufend empfangenen Signal vor der Spitze des reflektierten, eine Schwingung anzeigenden Signals auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der erste Bereich von Ausrichtungen einen Bereich von etwa 35° in jeder Richtung von der Vertikalen, worin der Sensor seine gewünschte Empfindlichkeit aufgrund der speziellen Oberflächenspannungscharakteristika des Quecksilbers, wenn dieses als flüssiger Leiter verwendet wird, zeigt. Die zweite Ausrichtung ist außerhalb des ersten Bereichs von Ausrichtungen. Wenn der Sensor in der zweiten Ausrichtung angeordnet ist, wird ein stationäres Signal hervorgebracht, welches anzeigt, daß ein Versuch gemacht worden ist, den Sensor durch Umkehrung von seiner Ausrichtung zu neutralisieren. Das Hervorbringen eines stationären Signals dann, wenn der Sensor in einer zweiten Ausrichtung ist, ist besonders wünschenswert, wenn der Sensor in Verbindung mit einer Reflektonictrieoinrichtuny verwendet wird, die eine Mehrzahl von momentanen Anzeigen zum Hcrvorbringen eines Alarmausgangssi gnalr. or fordert. Wenn kein

stationäres Signal erzeugt werden würde, könnte ein Sensor durch Umwenden seiner Oberseite nach abwärts unbrauchbar gemacht werden, sofern dieses Umwenden genügend schnell erfolgen würde, derart, daß die erforderliche Anzahl von momentanen Anzeigen für ein Alarmausgangssignal nicht hervorgebracht wird.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der Sensor mit einer Elektrodeneinrichtung anstelle der ersten und zweiten Elektrode bzw. der ersten und zweiten Elektroden versehen sein und kein Offenkreissignal im Falle einer versuchten Neutralisierung.desselben durch Umkehrung seiner Ausrichtung hervorbringen.

Die vorliegende Erfindung sei nachstehend anhand der folgenden, in nähere Einzelheiten gehenden Beschreibung an einigen, in den Figuren der Zeichnung dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert; es zeigen:
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Fig. .1 eine Seitenansichtsdarstellung eines Schwingungssensors, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist und arbeitet;
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Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Schwingungssensors, der gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und arbeitet;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Mehrzahl

von Schwingungssensoren, die längs einer Leiterlinie angeordnet sind;

. Fig. 4 ein Blockschaltbild, das eine Schwingungsi UhI- und -lokalisierungseinrichtung zeigt, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und arbeitet; 5

Fig. 5A, 5B und 5C Wellenformdarstellungen, die Wellenformcharakteristika von einem gesendeten Impuls und von reflektierten Impulsen in Abhängigkeit von verschiedenen Arten von Ereignissen bzw. Fällen To darstellen;

Fig. 6 ein Wellenformdiagramm, das typische aktuelle Hintergrundcharakteristika von reflektierten Wellenformen veranschaulicht; und 15

Fig. 7 ein in nähere Einzelheiten gehendes Blockschaltbild der Schaltung der Fig. 4.

Es sei nun zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Schwingungssensor dargestellt ist, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist. Der allgemein mit 1 bezeichnete Schwingungssensor umfaßt ein Gehäuse, das vorzugsweise aus Glas ausgebildet und mit 2 bezeichnet ist sowie eine Menge von Quecksilber oder von einem anderen geeigneten flüssigen Leiter 3 enthält, das bzw. der mehr als die Hälfte des Volumens des Gehäuses ausfüllt.

Eine erste und zweite Elektrode 4 und 5 erstrecken sich in das Innere des Gehäuses 2 an den äußersten Enden desselben. Gemäß der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die erste Elektrode 4 um einen solchen Betrag in das Innere des Gehäuses 2, daß der Meniskus des flüssigen Leiters 3 dann, wenn das Gehäuse in der in Fig. 1 dargestellten Weise vertikal ausgerichtet ist und dabei die zweite Elektrode 5 un-

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terhalb der ersten Elektrode 4 liegt, von letzterer urn einen vorbestimmten Abstand/ vor iegend um o,5 mm, getrennt ist, damit ein gewünschtes Ansprechen auf Schwingungen von wenigstens einer vorbestimmten Stärke erzielt wird, wenn sich der Sensor in dieser ersten Ausrichtung befindet.

Die zweite Elektrode 5 erstreckt sich um einen solchen Betrag in das Innere des Gehäuses 2, daß der flüssige Leiter 3 dann, wenn das Gehäuse in einer zweiten Ausrichtung, die der in Fig. 1 dargestellten entgegengesetzt ist,ausgerichtet ist, d. h. bei welcher die erste Elektrode 4 unterhalb der zweiten Elektrode 5 liegt, sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Elektrode 4 bzw. 5 in Kontakt ist, so daß sich dadurch ein einem stationären Zustand entsprechendes Signal eines geschlossenen Schaltkreises ergibt. ·

Es sei darauf hingewiesen, daß die Konfiguration des Gehäuses 2 derart ist, daß tatsächlich die erwähnte erste und zweite Ausrichtung Bereiche von Ausrichtungen bilden, die sich um etwa 35 nach jeder Seite der Vertikalen erstrekken und in denen sich im wesentlichen die gleiche Leistungsfähigkeit wie in den vertikalen Ausrichtungen ergibt.

Es ist ein spezielles Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß der Sensor der Fig. 1, wenn er im ersten Ausrichtungsbereich ist, einen momentanen ersten Impedanzzustand in Ansprechung auf Schwingungen von wenigstens einer vorbestimmten Stärke ergibt, und wenn er im zweiten Ausrichtungsbereich ist, ergibt sich aufgrund des Eingriffs ein stationärer zweiter Impedanzzustand. Der erste und zweite Impedanzzustand können identisch sein, jedoch unterscheiden sie sich von dem Impedanzzustand des Sensors im ersten Ausrichtungsbereich, wenn keine Schwingungen vorhanden sind.

Es sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen, die einen Schwingungs-

sensor veranschaulicht, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist bzw. funktioniert. Der allgemein mit 1o bezeichnete Schwincjuiujsnensor umfaßt ein Grhfiur.«-· 12, dn;·. vorzufjKweisp nur. Mcssiinf ausgebildet ist. Innerhalb des Gehäuses 12 ist eine dicht verschlossene Glasampulle 14 angeordnet, die eine Menge an Quecksilber oder an einem anderen geeigneten flüssigen Leiter 15 enthält.

Durch die Wände der Ampulle 14 und in das Innere derselben erstrecken sich eine erste, zweite und dritte Elektrode 16, 18 und 2o. Die Elektroden 16 und 18 sind allgemein parallel und in aufrechter Orientierung im unteren Teil der Ampulle angeordnet. Die in der Ampulle vorgesehene Menge an Quecksilber 15 reicht aus, um die erste und zweite Elektrode 16 und 18 zu bedecken. Die dritte Elektrode 2o erstreckt sich von dem oberen Ende der Ampulle nach abwärts nach der ersten und zweiten Elektrode 16 und 18 zu und verläuft allgemein parallel zu diesen Elektroden, und sie ist axial von dem Quecksilber 15 in einem minimalen Abstand von etwa o,5 mm angeordnet, damit sich die gewünschte Empfindlichkeit ergibt. Alternativ kann jeder andere geeignete Abstand vorgesehen sein¹, was von der jeweiligen Anwendung abhängt.

Die erste und zweite Elektrode 16 und 18 sind an der Basis des Gehäuses 12 jeweils mit einer inneren Leitung von jeweils einem Koaxialkabel 22 und 23 verbunden und von geeigneten Kabelabschirmungen 24 umgeben. Die Koaxialkabel 22 und 23 sind vorzugsweise vom RG-Typ. Die Abschirmung 26 der Koaxialkabel 22 und 23 ist mit dem Gehäuse 12 verbunden.

Es ist ein spezielles Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die Verbindung der Koaxialkabel 22 und 23 mit dem Sen-

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sor 1o eine Impedanzanpassung zwischen ihnen ergibt. Als Ergebnis dieser Impedanzanpassung führen Versuche, Eingriffe am Sensor vorzunehmen oder den Sensor nebenzüschließen, zu einer merklichen Impedanzfehlanpassung, die, wie hier nachstehend beschrieben wird, zur Erzielung einer Alarmanzeige oder eines. Alarmsignals ermittelt werden kann.

Das Vorsehen eines metallischen Gehäuses 12 ergibt eine elektromagnetische Ab.sei ι Innung des Sensors und verbessert infolgedessen seinen Signal-Rauschen-Nutzeffekt.

Es ist ein spezielles Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß der Sensor annehmbare Detektxonscharakteristika inner-

halb eines ersten Bereichs von Ausrichtungen, die sich von der in Fig. 2 dargestellten vertikalen Ausrichtung um etwa 45° nach jeder Seite erstrecken, ergibt. Daher braucht die Ausrichtung des Sensors während der Installation nicht mit besonderer Genauigkeit bestimmt zu werden, was beträchtliehe Einsparungen an Installationsaufwand bedeutet.

Es sei nun nachstehend der Betrieb des Sensors kurz beschrieben. Wenn sich der Sensor in seinem ersten Bereich von Ausrichtungen, wie in Fig. 2 dargestellt, in Ruhe befindet, ergibt sich ein geschlossener Kreis zwischen den inneren Leitungen der Koaxialkabel 22 und 23 mittels der Quecksilberverbindung zwischen den Elektroden 16 und 18. Wenn der Sensor durch Schwingungen von vorbestimmter Stärke gestört wird, bewirkt die Bewegung des Quecksilbers 15 wenigstens eine momentane elektrische Verbindung zwischen den inneren Leitungen der Koaxialkabel 22 und 23 und der Koaxialkabelabschirmung 26 über die dritte Elektrode 2o.

Wenn der Sensor mit seiner Oberseite nach abwärts gedreht ist odor in einen Bereich von Ausrichtungen umgewendet ist,

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die gemeinsam als eine zweite Ausrichtung bezeichnet sind, welche außerhalb des ersten Bereichs von Ausrichtungen liegen, unterbricht der Fluß des Quecksilbers 15 die elektrische Verbindung zwischen der ersten und zweiten Elektrode 16 und 18 und infolgedessen zwischen den jeweiligen inneren Leitungen der Koaxialkabel 22 und 23. Es ist infolgedessen ersichtlich, daß der Sensor eine unterschiedliche elektrische Ansprechung in jeder der obigen Arten von Fällen ergibt.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die erste und zweite Elektrode durch eine Elektrodeneinrichtung ersetzt werden, die keine Anzeige bzw. kein Signal eines offenen Kreises in der zweiten Ausrichtung liefert.

Es sei nun auf Fig. 3 Bezug genommen, in der eine Anordnung von mehreren Sensoren 1o, die in Reihe längs einer Koaxialkabelleitung 3.6 angeordnet sind, dargestellt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jede der Koaxialkabelleitungen eine gesonderte Leitung, und sie kann sich über einen oder mehrere Kilometer bzw. über eine oder mehrere Meilen erstrecken. Die Sensoren 1o sind auf den Koaxialkabelleitungen in der in Fig. 2 dargestellten Weise in Reihe geschaltet, und sie sind gleichmäßig entlang den Koaxialkabelleitungen verteilt sowie um einen vorbestimmten Abstand von etwa 1 bis 1,5 m voneinander getrennt. Alternativ brauchen die Sensoren nicht notwendigerweise um einen gleichförmigen bzw. gleichbleibenden Abstand voneinander getrennt zu sein.

Gemäß der Erfindung können die Koaxialkabelleitungen auf physischen Barrieren, wie beispielsweise Wänden oder Zäunen bzw. Einfriedungen, auf Fenstern oder unter der Erde

oder in jeder anderen gewünschten Anbringungsumgebung angebracht sein.

Wie weiter unten in näheren Einzelheiten beschrieben ist, ist jede Koaxialkabelleitung mit den zugehörigen Sensoren in einer Ausführungsform der Erfindung an einem Ende an eine Reflektometereinrichtung angekoppelt und an ihrem entgegengesetzten Ende kurzgeschlossen. Die Reflektometereinrichtung arbeitet in der Weise, daß sie Impulse längs jeder Koaxialkabelleitung aussendet bzw. überträgt und Signale feststellt, die längs der Koaxialkabelleitung" zurück reflektiert werden. Die Konfiguration des reflektierten Signals zeigt die Art des Ereignisses an, das stattfindet und die Zeit, die vergangen ist, bevor das Signal empfangen wird, zeigt den Ort des Ereignisses längs der Koaxialkabelleitung an.

Konfigurationen von übertragenen Impulsen und reflektierten Signalen für verschiedene Arten von Ereignissen sind in den Fig. 5A, 5B und 5C veranschaulicht. Die Fig. 5A zeigt einen bevorzugten übertragenen Impuls, der eine Impulsbreite von 1 λιξ und eine Anstiegszeit von nicht mehr als 2o ns hat. Fig. 5B veranschaulicht ein reflektiertes Signal von einem offenen Kreis, wie es auftritt, wenn das Kabel durchgeschnitten ist oder wenn der Sensor derart reorientiert ist, daß die elektrische Verbindung zwischen der ersten und zweiten Elektrode 16 und 18 unterbrochen ist. Fig. 5C zeigt zwei Arten von reflektierten Signalen. Das erste hiervon, das mit 44 bezeichnet ist, ist ein Biphasensignal von relativ niedriger Amplitude, das eine Impedanzfehlanpassung längs der Leitung anzeigt. Eine solche Fehlanpassung tritt als Ergebnis des Versuchs auf, einen Eingriff an der Leitung vorzunehmen oder einen Teil der Leitung nebenzuschließen· Das zweite veranschaulichte reflektierte Signal, das mit 46 bezeichnet ist, wird von ei-

nem Kurzschluß längs der Leitung erzeugt, wie er durch eine Störung an einem Sensor erzeugt wird, welche die Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der ernten und dritten Elektrode 16 und 2o bewirkt. 5

Es sei darauf hingewiesen, daß die reflektierten Signale des offenen Kreises und des Kurzschlusses von jeweils entgegengesetzten Polaritäten und verzerrt sind. Eine Einrichtung zum Kompensieren dieser Verzerrung und zum genauen Bestimmen des Einsatzes des reflektierten Impulses wird nachstehend beschrieben.

Es sei nun auf Fig. 4 Bezug genommen, die ein Blockschaltbild einer Schwingungsfühl- und -lokalisierungseinrichtung zeigt, welche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut Ist und arbeitet. Die Einrichtung umfaßt eine Taktgeber- und Zeitsteuerungsschaltung 5o konventionellen Auf baus, die vorbestimmt geformte Impulse der oben beschriebenen Art an einen Sender 52 liefert, der sie eine Koaxialkabelleitung 54 entlangsendet, längs deren in Reihe eine Mehrzahl von Sensoren geschaltet sind, wie beispielsweise Schwingungssensoren 1o. Es sei darauf hingewiesen, daß, obwohl die oben beschriebenen Sensoren Io am besten für die hier beschriebene spezielle Anwendung geeignet sein dürften, alternativ auch andere Arten von Sensoren als geeignete Sensoren angewandt werden können.

Ein Empfänger 56 ist an die Koaxialkabelleitung 54 angekoppelt, so daß er längs derselben reflektierte Signa.!*.¹ empfangen kann, und außerdem erhält der Empfänger Zeitsteuerungssignale von der Taktgeber- und Zeitsteuerungsschaltung 5o zur Bildung einer Zeitbasis für die Bestimmung der Zeit, die zwischen dem Senden und der Signaldetektion vergangen ist. Der Empfänger liefert ein Ausgangssignal, das die empfangene Signalinformation enthält, an

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eine zentrale Verarbeitungseinheit bzw. eine Zentraleinheit 60, die nachstehend abgekürzt als CPU bezeichnet ist und ein Mikroprozessor sein kann, sowie zusätzlich eine Empfindlichkeits- und Auflösungsverbesserungsschaltung 61, die in der Weise arbeitet, daß sie ein Ausgangssignal an die CPU 60 gibt. Die Schaltung 61 erhält weiterhin ein Eingangssignal von der Taktgeber- und Zeitsteuerungsschaltung 5o, wie es die CPU erhält.

Die CPU 60 arbeitet auf der Basis der Information, die sie von dom Kmpfanger und von der Verbesserungsschaltunq 61 erhält, sowie auf der Basis von vorbestimmten Algorithmen und Tabellen, welche die bis zum Signalempfang vergangene Zeit jeweils mit Positionen längs der Leitung korrelieren, und berücksichtigt verschiedene andere Charakteristika der reflektierten Signale in der Anwendungsumgebung. Eine Kontroll- bzw. Steuertafel mit Bedienungssteuerungen 62 ist außerdem an die CPU angekoppelt. Die CPU liefert ein Alarmsignal an eine Alarmsichtanzeige und -anzeige- bzw. -wiedergabeeinrichtung 64, wenn die Charakteristika des reflektierten Signals ein Alarmereignis anzeigen. Die Einrichtung arbeitet in der Weise, daß sie die Art des Ereignisses _r den Zeitpuntk seines Auftretens und den Ort desselben längs der Leitung mit einer Genauigkeit von wenigen Metern anzeigt. Für eine dauernde Aufzeichnung von Ereignissen kann eine Aufzeichnungseinrichtung vorgesehen sein.

Es sei nun auf die Fig. 6 Bezug genommen, die eine Wellenformdarstellung einer typischen aktuellen reflektierten Wellenform zeigt, welche sich über die Zeit hinweg langsam ändert und einen Untergrund bildet, gegenüber dem die das Ereignis anzeigenden reflektierten Signale detektiert werden müsssen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Untergrundwellenform eine Amplitude haben kann, die größer als die Amplitude des Biphasensignals bzw. des zweiphasigen

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Signals ist und eine Impedanzfehlanpassung sowie einen versuchten Eingriff oder Nebenschluß anzeigt. Außerdem macht es das Vorhandensein des Untergrunds schwierig, den Einsatz eines empfangenen reflektierten Impulses genau zu bestimmen, welche Genauigkeit jedoch erforderlich ist, um den Ort des Ereignisses genau zu bestimmen.

Es ist ein spezielles Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß eine Schaltung für die Kompensation des Hinter- bzw. Untergrunds vorgesehen ist. Diese Kompensationsschaltung arbeitet durch periodisches Abtasten bzw. Durchmustern dos Untergrunds, der hier auch als Hintergrund bezeichnet wird und sich relativ langsam über die Zeit hinweg ändert, und durch Speichern der Abtastproben. Die laufend empfangene Signalwellenform wird zum Bewirken einer Aufhebung des kein Ereignis anzeigenden Hintergrunds mit den gespeicherten Abtastproben verglichen. Auf diese Weise können die ein Ereignis anzeigenden Signale und der genaue Einsatz derselben mit der erforderlichen Genauigkeit bestimmt werden.

Es sei nun auf Fig. 7 Bezug genommen, die ein ins einzelne gehendes Blockschaltbild der Schaltunganordnung der Fig. 4 ist und die oben beschriebene Kompensationsschaltung veranschaulicht. Ein zentraler Taktgeber 7o liefert Takt- bzw. Zeitgebungsimpulse an eine Synchronisierungslogik 72 und an einen Abstandszähler 73. Die Synchronisierungslogik 72 liefert geeignete Takt- bzw. Zeitgebungsimpulse für die Impulssendeschaltung 74, die Impulse, welche die oben beschriebenen gewünschten Charakteristika haben, eine Koaxialleitung 54 entlang sendet, die eine Mehrzahl von Sensoren/ wie beispielsweise Sensoren 1o, hat, welche längs derselben in Reihe geschaltet sind.

Von der Koaxialkabelleitung 54 empfangene reflektierte Signale werden mittels eines Nahechodämpfungsverstärkers 76

verstärkt, der vorzugsweise CA3o38, LM118 und LM741 Chips umfaßt. Der Verstärker 76 arbeitet in der Weise, daß er die Verstärkung als- eine Funktion der vom Senden des Signals her vergangenen Zeit erhöht, um Sende- bzw. Übertragungsverluste zu kompensieren. Das verstärkte Ausgangssignal vom Verstärker 76 wird einem Ereignisdetektor 78 und einem Komparator 8o zugeführt, die vorzugsweise in einem LM161 Chip verwirklicht sind.

Das Ausgangssignal des Ereignisdetektors wird dem Eingang des Abstandszählers 73 als STOBZÄHLER-Eingangssignal zugeführt und zeigt an, daß vorbestimmte Kriterien für eines der oben beschriebenen Ereignisse, das entweder durch eine Unterbrechung in der Schaltung oder einen Kurzschluß längs der Leitung angezeigt wird, erfüllt worden sind. Die Art des angezeigten Ereignisses, d. h. Kurzschluß oder offener Kreis, wird zu einem Direktzugriffsspeicher und Ein-Aus-. gabe-Baustein 82 zugeführt, und zwar über 6-Bit-Zustandskennzeichen.

In Ansprechung auf den Empfang des STOMÄHLER-Eingangssignals gibt der Abstandszähler 73 seinen Zählwert an die CPU 6o. Der Zählwert vom Zähler 73 ergibt eine Adresse in dem Direktzugriffsspeicher 82, welche einen Ort längs der Leitung repräsentiert, an dem das Ereignis auftritt. Die Synchronisationslogikschaltung 72 liefert 6-Bit-Zustandskennzeichen an den Ein-Ausgabe-Baustein und den Direktzugriffsspeicher 82 zur Folgesteuerung bzw. zum sequentiellen Ordnen der Speicherstellen. Der Direktzugriffsspeicher und Ein-Ausgabe-Baustein 82 ist vorzugsweise in 8185 und 2114 AL-Chips verwirklicht.

Die Empfindlichkeits- und Auflösungsverbesserungsschaltung 61, die oben in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben worden ist, umfaßt den Direktzugriffsspeicher und Ein-Ausgabe-Bau-

stein 82, der eine Schnittstelle zu der CPU 60 bildet bzw. über eine Schnittstelle mit der CPU 60 verbunden ist. Der Direktzugriffsspeicher 82 arbeitet in der Weise, daß er Abtastproben der empfangenen Hintergrundsignale speichert, die darin in Ansprechung auf Instruktionen von der CPU

periodisch auf den neuesten Stand gebracht werden. Der Direktzugriffsspeicher 82 liefert ein Ausgangssignal, welches das gespeicherte Hintergrundsignalniveau anzeigt, über einen 8-Bit-Digital-zu~Analog-Umsetzer 88 an einen ersten Eingang eines Komparators 80. Der Komparator erhält ein zweites Eingangssignal vom Ausgang des Nahechodämpfungsverstärkers 76 und vergleicht infolgedessen das Stromsignalniveau mit dem gespeicherten Hintergrundsignalniveau.

Der Direktzugriffsspeicher 82 liefert außerdem ein 8-BiL-Adressenausgangssignal an eine programmierbare Ausschnittabtastimpulsschaltung 92, die typischer- bzw. vorzugsweise 74191 Chips umfaßt und ihrerseits ein Abtastimpulssignal an den Komparator 80 abgibt. Das Ausgangssignal vom Komparator 80 wird einer Logikschaltung 94 zugeführt, die typischerweise Chips der 74XX-Familie umfaßt und ein Freigabeeingangssignal an die Abtastimpulsschaltung 92 liefert. Wenn das Stromsignalniveau das gespeicherte Hintergrundsignalniveau um wenigstens einen vorbestimmten Betrag überschreitet, liefert die Logikschaltung ein BEZUGS-AN-ZEIGE-Signal an den Direktzugriffsspeicher 82.

Die CPU 60 liefert Alarmanzeige- bzw. -ciuslösesignale an eine Sicht- und/oder Hörwiedergabe- und Steuerschaltung 86, die außerdem manuelle Eingangssignale in die Schaltungsanordnung abgibt. Ein Festspeicher 84 führt die Programmspeicherung für die CPU 60 durch.

Wie oben erwähnt, arbeitet die Empfindlichkeits- und Auflösungsverbesserungsschaltung in zwei Betriebsweisen. In

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der ersten Betriebsweise speichert sie Abtastproben des empfangenen Hintergrundsignäls und wird periodisch auf den neuesten Stand gebracht, und sie vergleicht aufeinanderfolgend die Abtastproben mit dem empfangenen Signal, um eine Detektion von Signalen niedriger Amplitude, die Ereignisse anzeigen,wie. es beispielsweise das in Fig. 5C veranschaulichte zweiphasige Signal 44 ist, welches eine Impedanzfehlanpassung und einen Nebenschlußeingriff anzeigt, zu ermöglichen.

In der zweiten Betriebsweise bewirkt die Detektion eines Ereignisses mittels des Ereignisdetektors 78, daß der Direktzugriffsspeicher 82 den Strom und gespeicherte Abtastproben in dem Zeitrahmen kurz vor der Detektion des Ereignisses mittels des Ereignisdetektors und in sequentiellen vorhergehenden Zeitrahmen vergleicht, bis ein Zeitrahmen erreicht ist, in dem das Stromsignal das gespeicherte Signal nicht um mehr als den Schwellenwert übersteigt, der durch die Logikschaltung festgesetzt worden ist. In diesem Zeitrahmen tritt das BEZUGS-ANZEIGE-Ausgangssignal nicht auf, so daß auf diese Weise dem Direktzugriffsspeicher 82 der genaue Einsatz des das Ereignis anzeigenden reflektierten Impulses angegeben wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß das entfernte Ende der Leitung kurzgeschlossen ist, so daß ein reflektiertes Kurzschlußsignal normalerweise innerhalb einer vorbestimmten Zeit zu erwarten ist. Die CPU ist so programmiert, daß sie eine Alarmanzeige bzw. -auslösung beim Nichtempfang eines solchen reflektierten Signals liefert.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern sie läßt sich im Rcilimen des Gegenstandes der Erfindung, wie er in den Patentansprüchen angegeben ist, sowie im Rahmen des allgemeinen

Erfindungsgedankens, wie er den gesamten Unterlagen zu entnehmen ist, in vielfältiger Weise mit Erfolg verwirk lichen.

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Claims

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KRAUS & WEISERT

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PATENTANWÄLTE

UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN RATENTAMT

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · D R.-l N G. AN N EKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 ■ D-8OOO MÜNCHEN 71 -TELEFONOSgZyQVOVy-VgTOTe · TE LEX O5-21215 β kpat d

KRAusPATENT Case: 31o5 J H/HR

ISRAEL AIRCRAFT INDUSTRIES LTD. "Te.I Pv.ι/ Ben Gurion Airport/Israel

Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung

Patentansprüche

Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Schwingungssensor (1o) ausgebildet ist, der folgendes umfaßt:

eine erste Einrichtung (3, 4, 5; 15, 16, 18, 2o), die, wenn der Sensor (1o) in einem ersten Bereich von Ausriehtungen orientiert ist, derart operativ ist, daß sie einen momentanen ersten Impedanzzustand in Ansprechung auf Schwingung von wenigstens einer vorbestimmten Stärke hervorbringt; und
eine zweite Einrichtung (3, 4, 5; 16, 18), die, wenn der Sensor (1o) in einem zweiten Bereich von Ausrichtungen orientiert ist, derart operativ ist, daß sie einen stationären zweiten Impedanzzustand hervorbringt.
2. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Impedanzzustand und der erste Impedanzzustand identisch sind.
3. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Impedanzzustand und der erste Impedanzzustand unterschiedlich sind.
4. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes umfaßt: einen verlängerten bzw. langgestreckten elektrischen Leiter (54); eine Mehrzahl von Schwingungs-

T i, sensoren (1o), die entlang dem Leiter (54) verteilt und mit diesem verbunden sind; eine Einrichtung (52, 74) zum Senden von Signalen entlang dem Leiter (54); eine Einrichtung (56, 76) zum Smpfangen von Signalen, die durch die Schwingungssensoren (1o) in Ansprechung auf Ereignisse entlang dem Leiter (54) reflektiert worden sind; und eine Einrichtung (56, 61, 73) zum Abfühlen bzw. Ermitteln der Zeit, die zwischen dem Senden und Empfangen von Signalen vergangen ist, und dadurch zum Bestimmen des Orts des Schwingungssensors (1o), der auf ein Ereignis anspricht.
5. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungssensoren mit dem Leiter (54). iinpodanzabgeglichen sind.
6. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Leiter (54) ein Koaxialkabel.ist.
7. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrich-

tung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (78) zum Abfühlen bzw. Ermitteln eines reflektierten Signal;;, welches das Vorhandensein eines lmpedanzfehlabgleichs längs des Leiters (54) anzeigt, wodurch ein Eingriff am Leiter (54) oder ein versuchter Nebenschluß eines Teils desselben angezeigt wird.
8. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch

gekennzeichnet , daß die Schwingungssensoren (1ö)erste und zweite Elektroden (16, 18) bzw. eine erste und eine zweite Elektrode (16, 18) aufweisen, die in Reihe mit dem Leiter (22, 23) geschaltet sind. 15
9. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung nach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwingungssensoren (1o) außerdem eine dritte Elektrode (2o) aufweisen, die an die Abschirmung (26) des Koaxialkabels (22, 23) angekoppelt bzw. mit dieser Abschirmung (26) verbunden ist.
10. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abfühlen bzw. Ermitteln der vergangenen Zeit eine Empfindlichkeits- und Auflösungsverbesserungseinrichtung (6.1) aufweist, welche das empfangene Hintergrundsignal in Abwesenheit eines ein Ereignis anzeigenden Signals periodisch abtastet, das abgetastete empfangene Signal aufzeichnet und es mit augenblicklich empfangenen Signalen zur Unterscheidung des Hintergrunds von ein Ereignis anzeigenden Signalen vergleicht.
11. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrich-

tung nach Anspruch lo, da.durch gekennzeichnet , daß die Empfindlichkeits- und Auflösungsverbesserungseinrichtung (61) eine Einrichtung (82) zum genauen Bestimmen des Einsatzes eines eine Schwingung anzeigenden reflektierten Signals durch Vergleichen der aufgezeichneten abgetasteten Hintergrundsignale mit dem augenblicklich empfangenen Signal während bzw. in Zeitrahmen, die unmittelbar vor der Detektion des anzeigenden Signals mittels eines Detektors (78) liegen, welcher To mit bzw. bei einem Schwellenwert oberhalb des Hintergrunds arbeitet, aufweist.
12. Schwingungsfühl- und/oder lokalisierungseinrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a durch gekennzeichnet, daß sie als Schwingungssensor (1o) ausgebildet ist, der folgendes umfaßt: ein Gehäuse (2); erste und zweite Elektroden (4, 5) bzw. eine erste und zweite Elektrode (4, 5) > die innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet sind; einen flüssigen Leiter (3)ι der innerhalb des Gehäuses (2) vorgesehen ist; wobei die ersten und zweiten Elektroden (4, 5) bzw. die erste und zweite Elektrode (4, 5) und der flüssige Leiter (3) derart angeordnet sind, daß dann, wenn das Gehäuse (2) in . einem ersten Bereich von Ausrichtungen in Ruhe ist, die und zweiten Elektroden (4, 5) bzw. die erste und zweite Elektrode (4, 5) in elektrisch nichtleitender Beziehung bzw. Verbindung sind, und daß dann, Wenn Schwingungen von wenigstens vorbestimmter Stärke an den Sensor zur Einwirkung gebracht werden, wenn das. Gehäuse (2) in dem ersten Bereich von Ausrichtungen ist, ein momentaner elektrischer Kontakt zwischen den ersten und zweiten Elektroden (4, 5) bzw. der ersten und zweiten Elektrode (4, 5) gebildet wird, wogegen dann, wenn das Gehäuse (2) in einem zweiten Bereich von Ausrichtungen orientiert ist, eine stationäre elektrisehe Verbindung zwischen den ersten und zweiten Elektroden

(4, 5) bzw. der ersten und zweiten Elektrode (4/ 5) gebildet ist.
13. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß der flüssige Leiter (3) mehr als die Hälfte des Gehäuses (2) ausfüllt.
14. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrich-

tung, insbesondere nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß sie als Schwingungssensor (to) ausgebildet ist, der folgendes umfaßt: ein Gehäuse (12, 14); erste und zweite Elektroden (16, 18) bzw. eine erste und zweite Elektrode (16, 18), die innerhalb des Gehäuses (12, 14) angeordnet sind; einen flüssigen Leiter (15), der innerhalb des Gehäuses (12, 14) vorgesehen und so angeordnet ist, daß er normalerweise einen elektrischen Kreis zwischen den ersten und zweiten Elektroden (16, 18) bzw. zwischen der ersten und zweiten Elektrode (16, 18) schließt, wenn sich das Gehäuse (12, 14) in einem ersten Bereich von Ausrichtungen befindet; und eine dritte Elektrode (2o), die innerhalb des Gehäuses (12, 14) vorgesehen und so angeordnet ist, daß sie in elektrisch nichtleitender Beziehung bzw. Verbindung mit dem flüssigen Leiter

(15) ist, wenn sich das Gehäuse (12, 14) in dem ersten Bereich von Ausrichtungen in Ruhe befindet, und eine elektrische Verbindung mit dem flüssigen Leiter (15) und der ersten Elektrode (16 bzw. 18) bilden, wenn das Gehäuse (12, 14) gestört bzw. erschüttert wird; wobei die ersten und zweiten Elektroden (16, 18) bzw. die erste und zweite Elektrode (16, 18) und der flüssige Leiter (15) derart angeordnet sind, daß der flüssige Leiter (15) keine elektrische Vorbindung zwischen den ersten und zweiten Elektroden (16, 18) bzw. zwischen der ersten und zweiten Llektrode (16, 18) bildet, wenn das Gehäuse (12, 14) in einer zweiten Ausrich-

β *

tung bzw. in einem zweiten Bereich von Ausrichtungen ist,
15. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und zweiten Elektroden (16, 18·) bzw. die erste und zweite Elektrode (16, 18) in Reihe mit der inneren Leitung eines Koaxialkabels (22, 23) geschaltet sind und die dritte Elektrode (2o) mit der Kabelabschirmung (26) verbunden ist.
16. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß der Sensor (1o) mit dem Koaxialkabei (22, 23) impedanzabgeglichen ist.
17. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Bereich von Orientierungen außerhalb des ersten Bereichs von Orientierungen liegt.
18. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungssensoren (1o) auf einer physischen Barriere montiert sind.
19. Schwingungsfühl- und/oder -lokalisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ausrichtung oder der zweite Bereich von Ausrichtungen außerhalb des ersten Bereichs von Ausrichtungen liegt.