DE3301763A1 - Einrichtung zur exakten automatischen zaehlung von eine tor- oder schleusenanordnung passierenden zaehlobjekten - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem
• Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Es ist bekannt, Lebewesen oder auch bewegliche Gegenstände automatisch zu zählen. In der Regel kommt es hierbei - man denke beispielsweise an Vieheintriebe - nicht auf eine absolut genaue Zählung jedes- Einzelstückes an. Diese Art der Zählung für Massendurchgänge, bei der geringe Fehler vorkommen können und auch akzeptierbar sind, werden beim derzeitigen Stand der Technik nach verschiedenen physikalischtechnischen Methoden ausreichend beherrscht.
• Die grundsätzlich an sich einfache Methode der automatischen Zählung von Lebewesen und beweglichen Gegenständen, deren Eintritt in bestimmte Aufenthaltsbereiche über Tor- oder Schleusenanordnungen überwacht werden soll, findet dagegen heute och Grenzen und Schwierigkeiten, wenn eine dem Absolutbetrag nach einwand- und fehlerfreie Einzelerfassung unbedingt gefordert ist. Diese strenge Forderung erlaubt bekanntlich auch keinerlei apparativ bedingte Nicht- oder Uberzählungen, weil diese zu Falschaussagen führen würden.
• Zu derartigen apparativ bedingten Fehlern, die für eine absolut genaue Zählung unzulässig sind, gehören auch die sogenannten "Halbzählungen" bei Doppelpassagen.
• Ein akutes Problem bei der Einzelzählungflvon Menschen ist beispielsweise dort vorhanden, wo aus betrieblichen Gründen in einem Raum mit besonderen Gefährdungsmöglichkeiten gearbeitet werden muß, die entweder erwartbar und im Ereignisumfang bekannt oder aber erwartbar und im Ereignisumfang unbekannt sind. Zur ersten Kategorie gehoren beispielsweise Überwachungsaufgaben in kerntechnischen Anlagen, zur zweiten Kategorie beispielsweise der Einsatz von Bergleuten unter Tage in einsturz- oder gasausbruchgefährdeten sowie schlagwetterreichen Bergwerksfeldern oder Revierteilen. Für den Fall einer Katastrophe muß dann die Grubenwehr genau wissen, wieviele mögliche Opfer zu bergen sind.
• Aber auch für übertägige Vorgänge der Personenzählung, wie etwa für Veranstaltungen, bei denen nur ein ausgewählter Kreis von Teilnehmern zugelassen ist, ist die Möglichkeit einer absolut genauen Zählung - zum Beispiel für Sicherheitsvorkehrungen und Einlaßkontrollen sowie Differenzzählungen - von Interesse.
• Nach dem Stand der Technik sind als Zähleinrichtungen von Menschen in großer Anzahl bekannt geworden: Anlagen mit Drucktasten, auch doppelhändig zu bedienende Schalter, Tretkontaktmatten, Drehkreuze und andere Elektromechaniken sowie einfach installierte Sender-Empfänger-Aufbauten.
• Sie genügen den technischen, physiologischen und arbeitspsychologischen Anforderungen für eine absolut richtige Einzelzählung im Dauerbetrieb nicht. Sie sind insbesondere dann als ungenügend abzulehnen, wenn erschwerte Arbeits- und Umgebungsbedingungen zu bewältigen sind. Dazu kommt die apparative Unbeständigkeit in aggressiven Medien, wie sie beispielsweise in der chemischen Industrie üblich sind.
• Um die Schilderung der Problematik abzurunden, sei hier noch auf die Schwierigkeiten einer kombinierten Vor- und Rückzählung hingewiesen, wenn während der zu überwachenden Arbeitszeit in dem zu kontrollierenden Bereich eine Fluktuation von Arbeitskräften stattfindet, etwa bedingt durch diskontinuierlich arbeitende Handwerker oder kurzzeitig verweilendes Aufsichtspersonal.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, die - auch unter schwierigen Umweltbedingungen -eine absolut einwandfreie Zählung von Zählobjekten (Lebewesen oder beweglichen Gegenständen) erlaubt, die eine bestimmte Tor- oder Schleusenanordnung passieren müssen.
• Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
• Durch die Erfindung wird es vorteilhaft möglich, eigenüberwachte und absolut exakte Einzelzählungen an passierenden Lebewesen und/oder an bewegten Gegenständen betriebssicher vorzunehmen.
• Bei der praktischen Verwirklichung der Erfindung können die den Aussendungen oder Abstrahlungen zukommenden Felder je nach dem Einsatzfall überlagert oder nicht überlagert sein.
• Die weitere Ausgestaltung der Erfindung kann zum Beispiel, wie im Anspruch 2 angegeben, erfolgen. Für diesen Fall sollten die beiden Sender-Empfänger-Kombinationen weit auseinanderliegende Trägerfrequenzen aufweisen, damit möglicherweise störende Interferenzen in den Feldern der beiden Sender-Empfänger-Kombinationen - falls sich die Felder durchdringen oder überlagern - vermieden werden, indem dann die Arbeitsfrequenzen sehr weit auseinanderliegen.
• Eine wirksame MaBnahme gegen störende Interferenzen kann alternativ auch darin bestehen, daß die Empfänger der beiden Sender-Empfänger-Kombinationen synchronisiert verknüpft sind.
• Eine bevorzugte Variante der Erfindung ist im Anspruch 5 aufgezeigt. Vorteilhafte Ausbildungen dieses Gedankens sind in den Ansprüchen 6 bis 11 offenbart. Der wesentliche Vorteil besteht hier darin, daß - aufgrund der sehr weit auseinanderliegenden Arbeitsfrequenzen - störende Interferenzen in jedem Fall, d. h. auch dann unmöglich werden, wenn sich die Felder der beiden Sender-Empfänger-Kombinationen gegenseitig durchdringen.
• In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Hatptausbreitungsrichtung-des Feldes zumindest von der zweiten Sender-Empfänger-Kombination senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung des Feldes der ersten Sender-Empfänger-Kombination steht. Eine solche zueinander senkrechte Wirkungsweise der Feldausbreitung ist hinsichtlich der angestrebten gegenseitigen Nichtbeeinflussung der Felder von besonderem Vorteil.
• Grundsätzlich ist die Erfindung aber auch dann praktisch verwirklichbar, wenn die Hauptwirkungslinien der von den Sender-Empfänger-Kombinationen erzeugten Felder gleichgerichtet oder unterschiedlich gerichtet verlaufen.
• Weitere vorteilhafte Maßnahmen zur praktischen Verwirklichung der Erfindung offenbaren die Ansprüche 13 bis 19.
• Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung veranschaulicht und nachstehend näher erläutert.
• Die Zeichnung zeigt - schematisch und in Draufsicht - einen auf Personalzu- und -abgang zu kontrollierenden Eingang zu einem untertägig gelegenen Abbauraum in einem Bergwerksrevier.
• Eine im Feld eines Bergwerkes 1 untertägig aufgefahrene und söhlige Strecke ist durch einen Ausbau 2 vor Einsturz gesichert. Die zu zählenden Bergleute können nur durch einen auf die größte Breite des Menschen abgestimmten MeBrahmen 3 zur Arbeitsstelle und von dort zurück gelangen. Der Meßrahmen 3 besteht aus zwei vertikalen Rahmenteilen 14, 15 und einem diese in Uberkopfhöhe verbindenden horizontalen Rahmenteil 16. Die Umgehung der Zählpassage wird durch eine saschendrahtvergitterung 4 verhindert.
• Die Bergleute werden bei diesem Ausführungsbeispiel auf zweierlei Weise in weit auseinanderliegenden Frequenzbereichen erfaßt und registriert: zum einen wirkt eine Sender-Empfänger-Kombination 5, 8 mit einem am senkrechten Rahmenteil 14 angeordneten, hochfrequent arbeitenden Sender S1 (Bezugszeichen 5), der eine Dipolantenne 13 mit Richtwirkung auf einen beweglichen von der zu zählenden Person 6 getragenen Passivtransponder 7 besitzt.
• Die Zeichnung macht deutlich, daß Sender S1,wie auch Passivtransponder 7, jeweils in Gürtelhöhe des Bergmannes 6 angeordnet sind. Die im Passivtransponder 7 von ca. 472 MHz auf ca. 472 kHz, also um den Faktor 1 zu 1000, herabgesetzte Frequenz wirkt ihrerseits mit vorwiegend magnetischer Kopplung auf einen Empfänger E1 (Bezugszeichen 8), der entsprechend auf 472 kHz abgestimmt und auf gleicher Höhe wie der Sender S1 und der Passivtransponder 7 am senkrechten Rahmenteil 15 angeordnet ist. Dort wird ein Signal gebildet, das - wie später beschrieben - mit dem Signalausgang einer zweiten Sender-Empfänger-Kombination 9, 10 logisch verknüpft wird.
• Die Kombination S1-Transponder-7-E1 funktioniert also nach dem Prinzip des Sekundär-Radars.
• Eine zweite, mit 9, 10 bezifferte Sender-Empfänger-Kombination ist am horizontalen Rahmenteil 16, etwa in der Mitte desselben, angeordnet. Sie besteht aus einem Sender S2 und einem daneben liegenden Empfänger E2. Die zweite Sender-Empfänger-Kombination 9, 10 arbeitet - ebenso wie die erste Sender-Empfänger-Kombination 5, 8 - drahtlos, aber im Unter schied zu letzterer auf der Grundlage von Ultra-Schall. Der Sender S2 strahlt senkrecht nach unten gerichtete Ultraschall-Wellen ab, die nach Reflexion am-Körper des Bergmannes 6 vom Empfänger E2 aufgenommen werden. Die Ausbreitungshauptrichtung des von der Sender-Empfänger-Kombination 9, 10 verwendeten Ortungsfeldes liegt also- senkrecht zu der (horizontalen) Ausbreitungshauptrichtung der Sender-Empfänger-Kombination 5, 8.
• Die Energie des Ultraschall-Senders S2 (Bezugszeichen 9) in der Sender-Empfänger-Kombination 9, 10 ist so bemessen, daß die erfaßbare Höhe über der Streckensohle in Form eines "Fenstern diskriminiert eingestellt ist. Diese Maßnahme bewirkt, daß gesondert von der Indizierung der menschlichen Breitseite nun zusätzlich eine solche der typischen Höhenerstreckung im Kopf-Schulter-Bereich möglich wird. Das physikalische Prinzip der Höhenerfassung ist also anders als bei der Breitenerfassung.
• Der Ausgang vom Ultraschall-Empfänger E2 (Bezugszeichen 10) wird nun logisch mit mehrfacher UND-Schaltung 11 zu der vom Empfänger E1 (Bezugszeichen 8) der ersten Sender-Empfänger-Kombination 5, 7, 8 kommenden Meldung verknüpft, wobei es möglich ist, über verzögernde Zeitglieder ein kurzfristiges ''Erwarten" der Koinzidenz zu realisieren. Ein solches "Erwarten" der Koinzidenz ist in der Praxis sehr zweckmäßig, weil es häufig vorkommen kann, daß die zu zählende Person die Erfassungsstelle (Meßrahmen 3) mit vor- oder rückwärts geneigtem Kopf passiert. Nur bei der Koinzidenz von zwei Empfängersignalen, gewonnen aus der Indikation des passierenden Menschen durch Erfassungssystemkomponenten mit physikalisch verschiedenem Charakter der Primärabstrahlungen und in diesem Beispiel zusätzlich weit auseinander liegenden Frequenzbereichen wird die in der Zeichnung mit 12 bezeichnete Zählschaltung aktiviert.
• Die Anwendung des Ultraschalles als eine der beiden Erfassungssystemkomponenten hat des weiteren den Vorteil, daß es durch Nutzung des sogenannten Dopplereffektes leicht möglich ist, eine Entscheidung über den Bewegungssinn des passierenden Bergmannes bezüglich Ein- und Ausfahrt zu treffen und den Zähler 12 so zu schalten, daß über Vor- und Rückwärts zählung entsprechend summiert oder subtrahiert wird. Sind alle Bergleute aus dem gefährdeten Bereich ausgefahren, setzt sich die Zählvorrichtung 12 auf Null, und es leuchtet eine meldespezifische Leuchte auf, deren Ansteuerung auch für Fernabschaltungen und/oder Fernwirkungen benutzt werden kann, zum Beispiel zur Unterrichtung der räumlich weit entfernten Grubenwarte. Desgleichen ist ein "ON-LINE"-Verfahren möglich, um die Grubenbelegung für die Werksleitung übertägig dauernd sichtbar zu machen.
• Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel (Zählung von Personen im untertägigen Bergbau) läßt sich aber - gegebenenfalls auch für andere Anwendungszwecke - in folgenden Varianten modifizieren: a) Die mindestens als zweite Sender-Empfänger-Kombination 9, 10 benutzte Erfassungssystemkompönente kann in den vom ersten Erfassungssystem (Sender-Empfänger-Kombination 5, 7, 8) physikalisch unterscheidbaren Primärsignalen und zusätzlich mit weit abliegenden Frequenzen betrieben werden, wenn auf Lichtsignale im sichtbaren oder unsichtbaren Bereich zurückgegriffen wird. Das verwendete Licht kann dabei auch kohärent sein und direkt zu Entfernungsmessungen verwendet werden. Auch die Verwendung von hörbarem Schall sowie von äußerst kurzwelliger - wenn auch sehr schwacher - Strahlung im Gebiet der Röntgenemission und radioaktiver Strahlung ist für das vorgeschlagene Erfassungssystem bei der zweiten (9, 10) oder einer weiteren Sender-Empfänger-Kombination nutzbar.
• b) Die mindestens als zweite Sender-Empfänger-Kombination 9, 10 fungierende Erfassungssystemkomponente kann auch im Bereich der funktechnisch genutzten elektromagnetischen Schwingungen arbeiten. Dann ist es aber notwendig, entweder die Trägerfrequenzen weit auseinanderzulegen oder aber die Verkopplung zur ersten Erfassungssystemkomponente (Sender-Empfänger-Kombination 5, 7, 8) synchronisiert vorzunehmen (z. B. für Dopplerradargeräte) Günstig ist für den erstgenannten Fall (a) dann beispielsweise die Verwendung von Dezimeter- und Zentimeterwellen oder von Dezimeter- und Millimeterwellen. Für den Fall b) bietet sich auch über den Dopplereffekt die Möglichkeit zur Erfassung der Bewegungsrichtung an.
• In dem zweiten Erfassungssystem (Sender-Empfänger-Kombination 9, 10) wird nachden im Vorstehenden beschriebenen Ausführungsformen das Rückstrahlprinzip angewendet. Alternativ ist es indessen auch möglich, die Erfassung mittels Absorptionsverfahren zu realisieren.
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Claims (19)

1. Einrichtung zur exakten automatischen Zählung von eine Tor- oder Schleusenanordnung passierenden Zählobjekten Patentansprüche ,"*E D Einrichtung zur exakten automatischen Zählung von eine Tor- oder Schleusenanordnung passierenden Zählobjekten mit ausgeprägter Höhenerstreckung (Lebewesen und/oder bewegte Gegenstände), wobei die Zählung draht- und berührungslos verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei aufeinander abgestimmte Sender-Empfänger-Kombinationen (5, 7, 8; 9, 10) als Systemkomponenten - zur gleichzeitigen Erfassung des passierenden Zählobjektes (6) an verschiedenen Meßorten - vorgesehen sind, und daß mindestens eine (9, 10) der Sender-Empfänger-Kombinationen durch Diskriminierung der Ausbreitungsbedingungen so eingestellt ist, daB sie nur einen vorher bestimmten, räumlich beschränkten Ausschnitt des Zählobjekts erfaßt, und daß mindestens zwei - verschiedene Meßorte erfassende - Empfänger (8, 10) der-Sender-Empfänger-Kombinationen mittels UND-Schaltung (11) logisch verknüpft sind, derart, daß die von diesen Empfängern (8, 10) ausgehenden Erfassungssignale nur bei einer UND-Aussage zur Zähloperation benutzt werden.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Sender-Empfänger-Kombination und ferner dadurch, daß beide Sender-Empfänger-Kombinationen auf der Grundlage elektromagnetischer Schwingungen arbeiten.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sender-Empfänger-Kombinationen (5, 7, 8; 9, 10) weit auseinanderliegende Trägerfrequenzen aufweisen.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger (8, 10) der beiden Sender-Empfänger-Kombinationen (5, 7, 8; 9, 10) synchronisiert verknüpft sind.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Sender-Empfänger-Kombination (9, 10) hinsichtlich ihrer Primärstrahlung von der zweiten Sender-Empfänger-Kombination (5, 7, 8) bzw. von den übrigen Sender-Empfänger-Kombinationen physikalisch verschieden und an eine physikalisch verschiedene Energiequelle angeschlossen ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Sender-Empfänger-Kombination (5, 7, 8) auf der Basis elektromagnetischer Wellen und eine zweite Sender-Empfänger-Kombination (9, 10) auf der Grundlage von Schallwellen (hörbarer oder Ultra-Schall) arbeitet.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen der zweiten Sender-Empfänger-Kombination (9, 10) - unter Ausnutzung des Dopplereffektes - zusätzlich zur Bestimmung der Bewegungsrichtung des Zählobjektes (6) dienen.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Sender-Empfänger-Kombination (5, 7, 8) auf der Basis elektromagnetischer Wellen und eine zweite Sender-Empfänger-Kombination (9, 10) auf der Grundlage von Licht (UV- oder sichtbares oder Infrarot-Licht) arbeitet.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der zweiten Sender-Empfänger-Kombination verwendete Licht kohärent ist und zusätzlich unmittelbar zu Entfernungsmessungen mit Bezug auf das Zählobjekt (6) dient.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Sender-Empfänger-Kombination (5, 7, 8) auf der Basis elektromagnetischer Wellen und eine zweite Sender-Empfänger-Kombination (9, 10) auf der Grundlage von (schwacher) Röntgenstrahlung arbeitet.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Sender-Empfänger-Kombination (5, 7, 8) auf der Basis elektromagnetischer Wellen und eine zweite Sender-Empfänger-Kombination (9, 10) auf der Grundlage von (schwacher) radioaktiver Strahlung arbeitet.
12. 12. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptausbreitungsrichtung des Feldes zumindest von der zweiten Sender-Empfänger-Kombination (9, 10) senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung des Feldes der ersten Sender-Empfänger-Kombination (5, 7, 8) steht.
13. 13. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die zweite Sender-Empfänger-Kombination (9, 10) nach dem Rückstrahlprinzip arbeitet.
14. 14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die zweite Sender-Empfänger-Kombination (9, 10) nach dem Absorptionsprinzip arbeitet.
15. 15. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Indikationssignale der Sender-Empfänger-Kombinationen (5, 7, 8; 9, 10) hinsichtlich Zeitausblendung und Rundumtastung modulierbar sind.
16. 16. Einrichtung nach Anspruch 1, mit einem von den zu zählenden Menschen (6) zu passierenden türartigen Meßrahmen (3), der in seinen Abmessungen auf (maximale) Breite und Höhe der Menschen abgestimmt ist und aus zwei senkrechten Rahmenteilen (14, 15) sowie einem diese in Uberkopfhöhe verbindenden horizontalen Rahmenteil (16) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß - als erste Sender-Empfänger-Kombination - an den senkrechten Rahmenteilen (14, 15), vorzugsweise jeweils etwa in Gürtelhöhe, einerseits ein hochfrequent arbeitender Sender (5) elektromagnetischer Schwingungen, andererseits ein Empfänger (8) elektromagnetischer Schwingungen angeordnet ist, und die zu zählenden Personen (6) jeweils, vorzugsweise in Gürtelhöhe, einen zur Herabsetzung der Senderfrequenz dienenden Passivtransponder (7) tragen und daß - als zweite Sender-Empfänger-Kombination - an dem horizontalen Rahmenteil (16)> etwa in der Mitte desselben, ein in Vertikalrichtung arbeitender Ultraschallsender (9) mit Rückstrahlempfänger (10) angeordnet und hinsichtlich der von ihm abgestrahlten Schallenergie so eingestellt ist, daß die erfaßbare Höhe über dem Fußboden auf die Form eines etwa bis -Schulterhöhe nach unten reichenden "Fensters diskriminiert ist.
17. 17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer Frequenz von etwa 450 MHz arbeitende Sender (5) der ersten Sender-Empfänger-Kombination eine Dipol-Antenne (13) mit Richtwirkung auf den von der zu zählenden Person (6) getragenen Passivtransponder (7) aufweist, und daß der Passivtransponder zur Herabsetzung der Sendefrequenz im Verhältnis etwa 1 zu 1000 dient, derart, daß der zugeordnete Empfänger (8) der ersten Sender-Empfänger-Kombination eine Frequenz von lediglich etwa 450 kHz empfängt.
18. 18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die im Passivtransponder (7) herabgesetzte Sendefrequenz mit vorwiegend magnetischer Kopplung auf den Empfänger (8) der ersten Sender-Empfänger-Kombination (5, 7, 8) arbeitet.
19. 19. Einrichtung nach Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang vom Ultraschall-Empfänger (10) mittels mehrfacher UND-Schaltung (11) mit der vom Empfänger (8) der ersten Sender-Empfänger-Kombination (5, 7, 8) gebildeten Meldung logisch verknüpft wird und daß in der UND-Schaltung verzögernde Zeitleder zur Erzeugung eines kurzfristigen Erwarten der Koinzidenz der beiden verknüpften Signale vorgesehen sind.