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Dies führt aber dann zu Schwierigkeiten, wenn der Bereich der zu detektierenden
Objektgeschwindigkeit groß ist, d. h. wenn berücksichtigt sein soll, daß das Objekt
bzw. der Einbrecher eine sich im Normalfall
sogar auch laufend verändernde
Geschwindigkeit hat, die zwischen einem Wert von nahezu Null und einer Geschwindigkeit
liegt, die als Höchstgeschwindigkeit angenommen wird und auf die ein solches bekanntes
Gerät hin bemessen ist.
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Weitere Einzelheiten zur Funktion, zum Aufbau und zu Ausgestaltungen
des bekannten Gerätes gehen aus der dem Fachmann bekannten obengenannten Patentschrift
26 10 845 hervor.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maßnahme anzugeben,
mit der eine Verbesserung an diesem bekannten Gerät dahingehend erreicht werden
kann, daß ein vorgegeben breiter Bereich zu berücksichtigender Geschwindigkeitswerte
des Objekts nicht dazu zwingt, eine breitbandige Detektion vorzusehen, deren Breitbandigkeit
eine vergrößerte Störsignalempfindlichkeit mit sich bringt.
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Diese Aufgabe wird für ein Gerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die vorliegende Erfindung geht von der Überlegung aus, daß zwar ein
großer Geschwindigkeitsbereich eines Objekts erfaßt werden sollte, d. h. in großem
Bereich sich verändernde Dopplerfrequenzen der reflektierten elektromagnetischen
Strahlung und der reflektierten Ultraschall-Strahlung zu berücksichtigen sind. Die
Erfindung sieht jedoch vor, daß die Detektion dieser Frequenzwerte dennoch mit einem
relativ schmalbandigen Bandpaß-Filter durchgeführt wird, wobei dieses Filter bezüglich
seiner Filter-(Mitten)Frequenz auf die jeweilige empfangene Dopplerfrequenz nachgeregelt
wird. Gemdß dci. Erfindung wird hier ein dem Prinzip nach an sich bekanntes. gcsteuertcs
aktives Filter benutzt. Ein Erflndungsgcdanke ist dabei. als Steucrsignal ftir dieses
Filter das elektrische Wechselilequenzsignal der einen empfangenen Dopplerfrequenz-(Reflexions-)Strahlung
zu verwenden. Es kann dies das elektrische Wechselfrequenzsignal der dopplerfrequcllz-velschobenen.
reflektierten elektromagnetischen Welle oder der Ultraschall-Welle sein.
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Das jeweils nicht zur Steuerung des Filters benutzte empfangene Dopplerfrequenzsignal
wird an den Filtereingang gegeben. Beruhen die beiden Dopplerfrequenz-Empfangssignale
auf ein und demselben Objekt (Objekt-Koinzidenz), so wird erfindungsgemäß aufgrund
der Steuerung, d. h. Taktung des vorgesehenen aktiven Filters das Dopplerfrequenzsignal
der anderen Strahlung, das am Filtereingang liegt, durch das Filter hindurchgelassen.
Hierzu sind allerdings noch Randbedingungen zu berücksichtigen, die nachfolgend
erläutert werden.
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Rührt die dopplerfrequenz-verschobene Reflexionsstrahlung (bei entsprechend
paralleler Auftreffrichtung der elektromagnetischen Strahlung und der Ultraschall-Strahlung,
d. h. bei gleich großen, auf die beiden Strahlungen einwirkenden Geschwindigkeitskomponenten
des Objekts) vom selben Objekt her, so liegt ein festes Verhältnis
mit fi M Dopplerfrequenz bzw. Wellenlänge der Ultraschallstrahlung
fD,?, , Dopplerfrequenz
bzw. Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung vor. Nimmt man z. B. elektromagnetische
Strahlung und Ultraschall-Strahlung, die im betreffenden Medium, d. h.
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in Luft, gleich große Wellenlänge haben, so sind die Werte der Dopplerfrequenz-Verschiebungen
für die elektromagnetische Strahlung und für die Ultraschall-Strahlung gleich groß,
wenn sie von der gleichen Objektgeschwindigkeit herrühren; d. h. es ist dann n=l.
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Das verwendete Filter hat eine vorgebbare Eigen-, Resonanzfrequenz
f,i die durch entsprechende Taktung, d. h. durch periodisch taktweises Öffnen des
Filters, für eine gleichbleibend vorgegebene Zeitdauer herabgesetzt werden kann.
Die durch Taktung erreichte Durchlaßfrequenz cd geht in den Wert früber, wenn die
Frequenz des periodischen Öffnens des Filters und die vorgebbare Öffnungsdauer eines
jeden Öffnungsvorgangs des Filters den Grenzwert erreicht, daß das Filter ständig
geöffnet ist. Hiermit ist auch die für die einzelnen Takte vorzusehende jeweilige
Öffnungsdauer des Filters in Abhängigkeit vom maximalen Frequenzwert des Frequenzbereichs
der Taktung gegeben. Wird dann z. B. mit einer vergleichsweise zur maximalen Taktfrequenz
(bei der also die Durchlaßfrequenz fd(m.)=fi ist) z. B. um den Faktor 10 kleineren
Taktfrequenz das Filter geöffnet, d. h. nur ein Zehntel so häufige Öffnungsvorgänge
auftreten, so ist dann die augenblickliche Durchlaßfrequenz fd=0.1 x Der Wert von
fr wird durch frequenzbestimmende Kondensator-Widerstands-Kombinationen bestimmt.
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In einem solchen Filter sind entsprechende, z. B.
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C-MOS-Analogschalter vorgesehen.
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Die Frequenz des Filters kann somit entsprechend der Frequenz des
periodischen Öffnens des Filters und damit entsprechend dem integralen Bruchteil
der Gesamtöffnungsdauer des Filters von einem vorgegebenen maximalen Frequenzwert
f,i d. h. von einem Maximalwert der Durchlaßfrequenz til(" g= t; bis zu einem Bruchteil
dieses Frequenzwcrtes f verringert werden.
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Bei der Erfindung wird nun die periodische Taktung bzw. Öffnung des
Filters von der jeweils empfangenen Dopplerfrequenz des einen empfangenen (reflektierten)
Dopplerfrequenzsignals gesteuert. Verringert sich der augenblickliche Wert der Dopplerfi.equenz
dieser reflektierten Strahlung gegenübel einem zuvor empfangenen Dopplertrequenzwert
dieser selben Strahlung (weil der Einbrecher sich inzwischen z. B. nur noch weniger
schnell bewegt bzw. seine auf das Gerät einwirkende Geschwindigkeitskomponente sich
verringert hat) und beträgt der Faktor dieser Verringerung z. B. 1/2, so wird das
erfindungsgemäß verwendete Filter gegenüber dem vorherigen (momentanen) Betriebszustand
nur noch integral 1/2mal so lange geöffnet, nämlich weil die Häufigkeit des Öffnen
des Filters pro Zeiteinheit auf den halben Wert zurückgegangen ist (bei gleichbleibend
langer Öffnung des Filters für den einzelnen Öffnungsvorgang).
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Bei Objekt-Koinzidenz geht aber zwangsläufig auch die Dopplerfrequenz
der anderen als Detektorstrahlung dienenden dopplerfrequenz-verschobenen reflektierten
Strahlung um den entsprechenden Faktor zurück.
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Dieses andere an den Filtereingang angelegte Dopplerfrequenzsignal
kann dann durch das Filter hindurchgehen, weil dem erfindungsgemäßen Ziel entsprechend
durch die mit dem einen Doppjerfrequenz-Empfangssignal gesteuerte Taktung des Filters
die Durchlaßfrequenz
fddes Filters stets so verändert worden ist,
daß sie - und zwar nur bei Objekt-Koinzidenz - gleich (relativen) Veränderung des
Frequenzwertes des anderen Dopplerfrequenzsignals ist.
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Die Taktung des Filters kann z. B. mit den positiven und/oder negativen
Null-Durchgängen des steuernden Dopplerfrequenzsignals erfolgen. Es kann aber auch
entsprechend häufigere Taktung vorgesehen sein, die aber wieder syr.chron der Frequenz
des steuernden Dopplerfrequenzsignals ist.
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Es sei darauf hingewiesen, daß das (für Objekt-Koinzidenz) vorgegeben
auftretende Frequenzverhältnis farm durch fi,x= n keineswegs gleich 1 und nicht
einmal eine ganze Zahl sein muß. Es ist sogar im Regelfall von Vorteil, wenn die
Taktfrequenz des Filters (bei entsprechend vorgegeben kürzerer taktweiser Öffnungszeit
desselben) um ein (nicht notwendigerweise ganzzahliges) Vielfaches größer als die
Frequenz des an den Eingang des Filters gegebenen anderen Dopplerfrequenzsignals
ist. Abgesehen davon, daß jeweils mehrmals während einer Periodendauer des steuernden
Dopplerfrequenzsignals eine Taktung des Filters erfolgen kann und/oder abgesehen
davon, daß die an den Steuereingang des Filters gegebene Frequenz vorher einer Frequenzvervielfachung
unterworfen worden sein kann, kann der voranstehend bezeichnete Zustand dadurch
erreicht werden, daß für die Wellenlängen Aus u Ax der vorgesehenen Ultraschall-Strahlung
und elektromagnetischen Strahlung im entsprechenden Verhältnis n unterschiedlich
große Werte vorgegeben werden. Ist z. B. die Wellenlänge XtJS der Ultraschall-Strahlung
im Ausbreitungsmedium zehnmal so groß wie die Wellenlänge Ax der elektromagnetischen
Strahlung, so ergibt sich (bei Objekt-Koinzidenz) von vornherein eine zehnmal so
große Dopplerfrequenz /otis. Wird diese Frequenz /ot)S zur Steuerung des Filters
verwendet, so erfolgt die Taktung schon dann, wenn nur die positiven Null-Durchgänge
dieses Signals zur Taktung ausgewertet werden, zehnmal häufiger als es der Frequenz
der am Eingang des Filters auftretenden Perioden (fj,) des anderen Dopplerfrequenzsignals
entspricht.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist auch, daß das Filter einen
von dem Zeittakt-Verhältnis unabhängigen Gütewert behält, d. h. das relative Bandbreite-Verhältnis
bzw. die Selektivität des Filters unabhängig vom Wert der jeweiligen Durchlaßfrequenz
fd konstant bleibt. Der Gütewert eines solchen Filters ist auf einen vorgebbaren
Wert einstellbar und kann z.B. dem Einzelfall entsprechend auch während des Betriebs
nachgestellt werden. Das der Erfindung entsprechend ausgerüstete Gerät zur Einbruchssicherung
hat damit eine nur noch sehr geringe Störempfinidlichkeit.
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Zu einem wie der der Erfindung verwendeten Filter sei im übrigen
auch auf das Fachbuch »Tietze, Schenk: Halbleiterschaltungstechnik«, 4. Auflage,
Seite 31Off., Verlag Springer (1978) hingewiesen.
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Zusammengefaßt seien nochmals die wichtigsten Vorteile der Erfindung
angegeben: Trotz der Möglichkeit der Erfassung eines sehr großen Geschwindigkeitsbereiches
des Objekts, d. h. eines großen Dopplerfrequenzbereiches, kann ein fortlaufender
Geschwindigkeitsvergleich (zur Sicherstellung, daß tatsächlich Objekt-Koinzidenz
vorliegt) mit einer von der augenblicklichen Dopplerfrequenz unabhängig großen Koinzidenzschärfe
(und damit geringer Störempfindlichkeit) durchgeführt werden, obwohl sich die Dopplerfrequenzen
selbst zeitlich ändern (aufgrund von Geschwindig-
keits- und/oder Richtungsänderungen
des sich bewegenden Objekts.
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F i g. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines mit der Erfindung ausgerüsteten
Gerätes.
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F i g. 2 zeigt ein vollständiges Schaltbild eines in einem erfindungsgemäßen
Gerät nach F i g. 1 verwendbaren Filters.
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In Fig. 1 ist mit 2 ein Ultraschall-Sender mit zugehörigem Aussende-Wandler
bezeichnet. Mit 4 ist ein für die Aussendung von Funkwellen bzw. Mikrowellen vorgesehener
Sender zusammen mit seiner Dipolantenne bezeichnet. Beide Sender 2 und 4 senden,
wie mit den Pfeilen 3 und 5 angedeutet, Ultraschall-Strahlung bzw. Funkwellen (Mikrowellen)
aus. Am Objekt 18 reflektierte Anteile der Strahlung 3 und 5 sind mit den Pfeilen
13 und 15 angedeutet. Diese Anteile werden vom Empfangswandler 10 bzw. von der Antenne
11 empfangen und in den Ultraschall-Empfänger 12 bzw. in den Funkwellen-(Mikrowellen-)Empfänger
14 geleitet.
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Da voraussetzungsgemäß die empfangenen, durch die Pfeile 13 und 15
angedeuteten Anteile auf Reflexion an einem mit einer Geschwindigkeit (Gewschindigkeitskomponente)
v bewegten Objekt 18 beruhen. werden von den Empfängern 12 und 14 dopplerfrequenz-verschobene
Signale empfangen. In diesen Empfängern 12 und 14 sind Demodulatoren enthalten,
die am jeweiligen Ausgang des Empfängers 12 bzw. 14 je ein elektrisches Signal mit
der Dopplerfrequenz auftreten lassen. Für den Ausgang des Empfängers 12, der zu
dem Ultraschall-Wellenzweig des erfindungsgemäßen Gerätes gehört, ist dieses Ausgangssignal
mit fDusbezeichnet.
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Für den Ausgang des Empfängers 14, der zu dem Funkwellenzweiggehört.
ist dieses Ausgangssignal mit fnx bezeichnet. Ist z.B. die Wellenlänge Ax der verwendeten
Funkwellen 5 im Ausbreitungsmedium (im Regelfall Luft) um den Faktor n (n größer
als 1 aber nicht notwendigerweise ganzzahlig) größer als die Wellenlänge der verwendeten
Ultraschall-Strahlung 3, so ist bei Objekt-Koinzidenz, und zwar unabhängig von der
Objektgeschwindigkeit v, die Dopplerfrequenz /i,ra / stets um diesen Faktor ii größer
als die Dopplerfrequenz f der Funkwelle. Es empfiehlt sich dann, das Signal mit
der Dopplerfrequenz fDI IS für die Taktung des erfindungsgemäß vorgesehenen Filters
6 zu verwenden.
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In der F i g. 1 ist die entsprechende Verbindung zwischen dem Empfänger
12 der Ultraschall-Strahlung und dem Steuereingang 7 des Filters 6 angegeben. Mit
dem Filtereingang 8 ist dann der Empfänger 14 für die reflektierte Funkwellenstrahlung
15 verbunden. Am Ausgang 9 des Filters 6 tritt dann ein vom Filter 6 durchgelassenes
Signal auf, wenn Objekt-Koinzidenz vorliegt, und zwar wegen der am Steuereingang
7 erfolgenden Steuerung unabhängig von dem augenblicklichen Geschwindigkeitswert
v. Mit 16 ist ein Schwellenwert-Detektor bezeichnet, der das vom Filterausgang 9
zugeführte Signal auf Vorliegen eines vorgebbaren Mindestpegels überprüft. Ist dieser
Mindestpegel überschritten, tritt am Ausgang 17 des Schwellenwert-Detektors 16 ein
Signal auf, das zur Alarmgabe weiterverarbeitet wird.
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Liegt keine Objekt-Koinzidenz vor, so stehen die Frequenzen fDus
und fDx (abgesehen von zwar denkbarem, aber praktisch nicht eintretendem Zufall)
in einem anderen Verhältnis als dem vorgegebenen Wert n entspricht, so daß für das
Signal fox das Filter 6 sperrend wirkt und ein Signal am Ausgang 17 nicht auftreten
kann. Bei fehlender Objekt-Koinzidenz erfolgt also keine Alarmgabe.
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Es sei darauf hingewiesen, daß auch das Signal fDx an den Anschluß
7 und entsprechend das Signal fDus an den Eingang 8 des Filters 6 angelegt werden
kann. Auch für diese Schaltung empfiehlt sich, an den Steuereingang 7 des Filters
6 eine höhere Frequenz als an den Eingang 8 anzulegen, d. h. entweder das Wellenlängen-Verhältnis
der Strahlungen 3 und 5 zueinander so zu wählen, daß sich von selbst das entsprechende
Verhältnis der Frequenzwerte von fDx und fDUS ergibt, oder von dem am Steuereingang
7 anliegenden Signal eine Taktfolgefrequenz für bzw. im Filter abzuleiten, die ein
entsprechendes Vielfaches der betreffenden steuernden Dopplerfrequenz ist, nämlich
um die Vorteile zu haben, die das Filter 6 bei einer Taktfrequenz bietet, die höher
als bzw. ein beliebiges Vielfaches der Frequenz am Eingang 8 ist.
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Die F i g. 2 zeigt ein Beispiel für ein Schaltbild eines bei der
Erfindung verwendeten, zu taktenden Filters 6.
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Mit 8 ist wieder der Signaleingang, mit 9 der Ausgang und mit 7 der
Takteingang für den Taktgenerator 63 bezeichnet.
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Das Beispiel der F i g. 2 ist ein aktives Bandpaßfilter mit Einfach-Mitkopplung.
Zur Versteilerung der Flanken sind zwei aktive Filter 61 und 62 in Serie geschaltet.
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Dabei können diese einzelnen Filter 61 und 62 zur Erhöhung der Bandbreite
auch gegeneinander verstimmt sein. Die Güte dieser einzelnen Filter 61 und 62 läßt
sich mit Hilfe der Potentiometer 21 und 22 einstellen. Weiterer Erläuterungen bedarf
es mit Rücksicht auf die umfangreichen Angaben in der F i g. 2 für den Fachmann
nicht.
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Bei dem Filter nach F i g. 2 ergeben sich Nebenmaxima dann, wenn
die Schwebungsfrequenz zwischen der Frequenz am Eingang 8 und der Steuerfrequenz
am Eingang 7 bzw. bzw. Harmonische dieser Frequenzen der Eigenresonanzfrequenz fr
des Filters 6 entspricht.
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An sich können auch diese Frequenzen mit der Bandbreite des Filters
6 ausgewertet werden. Dieses läßt sich aber minimieren, indem man die Koinzidenzschärfe
so günstig einstellt, daß derartige Ncbenresonanzen sehr scharf sind.