DE3630858C2

DE3630858C2 -

Info

Publication number: DE3630858C2
Application number: DE19863630858
Authority: DE
Inventors: Harald 8031 Wessling De Steinbrucker
Original assignee: Harald 8031 Wessling De Steinbrucker
Current assignee: SCHMEISSNER GMBH, 07629 HERMSDORF, DE
Priority date: 1986-09-10
Filing date: 1986-09-10
Publication date: 1990-04-05
Also published as: DE3630858A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen aktiven Glasbruchmelder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an active glass break detector according to the preamble of claim 1.

Die DE 32 43 960 A1, die dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zugrunde liegt, beschreibt einen aktiven Glasbruchmelder, bei dem auf einer zu überwachenden Glasscheibe ein Empfangselement befestigt ist, das die von einem in Abstand zu ihm auf der Glasscheibe befestigten Sendeelement erzeugten Schwingungen empfängt. Das von einer Eingangsstufe verstärkte und gleichgerichtete Empfangssignal des Empfangselements wird von einer Auswertestufe auf mehrere Alarmkriterien hin untersucht, die gegebenenfalls Alarm auslöst und diesen über ein Relais an eine Meldezentrale weiterleitet.DE 32 43 960 A1, which is the preamble of the claim 1 is based on an active glass break detector, a receiving element on a glass pane to be monitored attached, which is at a distance from one transmit element attached to the glass pane Receives vibrations. The one amplified by an entrance stage and rectified reception signal of the reception element is from one evaluation level to several alarm criteria examined, which triggers the alarm and this forwarded to a signaling center via a relay.

In der DE 30 27 283 A1 ist ein weiterer Glasbruchmelder beschrieben, bei dem vorgeschlagen wird, dem Empfangssignalpegel durch geeignete Änderung der Amplitude und/oder der Frequenz des Sendesignals möglichst konstant zu halten, um Änderungen der Übertragungsgüte auszugleichen. Nähere Einzelheiten über die Art und Weise dieser Regelung sind allerdings nicht beschrieben.Another glass break detector is in DE 30 27 283 A1 described, in which it is proposed, the received signal level by appropriately changing the amplitude and / or the Keep the frequency of the transmission signal as constant as possible, to compensate for changes in the transmission quality. Closer Details of the nature of this scheme are however not described.

Es hat sich herausgestellt, daß diese bekannten Glasbruchmelder trotz der genannten Maßnahmen nicht in der Lage sind, den gewünschten Empfangssignalpegel über einen längeren Zeitraum konstant zu halten, so daß sie von Zeit zu Zeit neu justiert werden müssen, was jedesmal einen erheblichen Wartungsaufwand darstellt. Insbesondere bei der Inbetriebnahme ist ein relativ komplizierter Abgleich notwendig, um den Glasbruchmelder an die jeweilige Scheibe anzupassen.It has been found that these known glass break detectors not able despite the measures mentioned are the desired received signal level over a longer period Keep period constant so that from time to time Time must be readjusted, which is always a considerable one Represents maintenance effort. Especially with the Commissioning requires a relatively complicated adjustment, around the glass break detector to the respective pane adapt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aktiven Glasbruchmelder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß auf Wartungs- und Abgleicharbeiten weitgehend verzichtet werden kann.The invention has for its object an active Glass break detector according to the preamble of the claim 1 in such a way that maintenance and adjustment work can largely be dispensed with.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.This object is achieved according to the invention in the labeling part of the measures specified in claim 1.

Erfindungsgemäß ist die Frequenz-Änderungseinrichtung demzufolge so aufgebaut, daß sie das verstärkte und gleichgerichtete Empfangssignal mit der Regelspannung der Amplituden-Regelungseinrichtung vergleicht und - wenn der Empfangssignalpegel niedriger als der Pegel der Regelspannung ist - die Frequenz des Sendesignals (Ss) solange erhöht, bis die Pegel von Empfangssignal und Regelspannung übereinstimmen. Hierdurch wird eine Art Regelschaltung gebildet, die die Eigenschaft hat, die jeweilige Resonanzfrequenz der Scheibe automatisch zu suchen. Der Glasbruchmelder kann daher ohne Abgleich in Betrieb genommen werden, da er nach dem Einschalten von alleine in die Resonanzfrequenz "läuft", und benötigt ferner keine Wartungsmaßnahmen, da ein Auswandern aus der Resonanzfrequenz stets korrigiert wird. According to the invention, the frequency changing device is therefore constructed in such a way that it compares the amplified and rectified received signal with the control voltage of the amplitude control device and - if the received signal level is lower than the level of the control voltage - increases the frequency of the transmitted signal (Ss) until the Level of received signal and control voltage match. In this way, a type of control circuit is formed, which has the property of automatically searching for the respective resonance frequency of the disk. The glass break detector can therefore be put into operation without adjustment, since it "runs" into the resonance frequency by itself after switching on, and furthermore does not require any maintenance measures, since emigration from the resonance frequency is always corrected.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous developments of the invention are Subject of the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below based on the description of a Embodiment with reference to the drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 anhand eines Blockschaltbilds den schemati schen Aufbau des Glasbruchmelders, und Fig. 1 using a block diagram, the schematic rule's structure of the glass break detector, and

Fig. 2 den Schaltplan eines Ausführungsbeispiels der Amplituden-Regelungseinrichtung und der Frequenz- Änderungseinrichtung. Fig. 2 shows the circuit diagram of an embodiment of the amplitude control device and the frequency changing device.

Gemäß Fig. 1 wird ein Sendeelement 1, das vorzugsweise ein Piezoelement ist, von einer Sendestufe 7 mit einem Sende signal Ss angesteuert. Die Sendestufe 7 weist einen Leis tungsverstärker PA auf, der das Sendesignal Ss erzeugt, wobei die Frequenz von einem Schaltungsteil f und die Am plitude von einem Schaltungsteil A bestimmt wird. Das Sen deelement wird an einer zu überwachenden Glasscheibe, vor zugsweise in einer Ecke derselben, befestigt und erzeugt in dieser Schwingungen in der Frequenz des Sendesignals Ss. Die Frequenz entspricht ungefähr der Resonanzfrequenz der Glasscheibe und liegt in der Größenordnung von 200 kHz.Referring to FIG. 1, a transmitter element 1, which is preferably a piezo element is driven by a transmitter stage 7 with a transmission signal Ss. The transmission stage 7 has a power amplifier PA which generates the transmission signal Ss , the frequency being determined by a circuit part f and the amplitude by a circuit part A. The Sen deelement is attached to a glass pane to be monitored, preferably in a corner of the same, and generates vibrations in this in the frequency of the transmission signal Ss . The frequency corresponds approximately to the resonance frequency of the glass pane and is of the order of 200 kHz.

Die von dem Sendeelement 1 erzeugten Schwingungen werden von einem Empfangselement 2 aufgenommen, das ebenfalls auf der Glasscheibe befestigt ist, und zwar vorzugsweise in der dem Sendeelement 1 gegenüberliegenden Ecke. Das Em pfangselement 2 ist ebenfalls ein Piezoelement, dessen Aufbau sich von dem des Sendeelements 1 nicht zu unter scheiden braucht, da bei dem erfindungsgemäßen Glasbruch melder auf einen Vorverstärker im Gehäuse des Empfangs elements verzichtet werden kann. Bei der Montage muß daher die jeweilige Funktion des Elements nicht berücksichtigt werden und die Lagerhaltung ist wesentlich vereinfacht.The vibrations generated by the transmitting element 1 are received by a receiving element 2 , which is also attached to the glass pane, preferably in the corner opposite the transmitting element 1 . The receiving element 2 is also a piezo element, the structure of which does not need to differ from that of the transmitting element 1 , since in the glass break detector according to the invention a preamplifier in the housing of the receiving element can be dispensed with. Therefore, the respective function of the element does not have to be taken into account during assembly and the storage is considerably simplified.

Das Ausgangssignal des Empfangselements 2, dessen Frequenz der der im Glas erzeugten Schwingungen entspricht, wird von einem Vorverstärker 3 mit bekanntem Aufbau verstärkt und anschließend von einer Gleichrichterstufe 4 gleichge richtet. Das verstärkte und gleichgerichtete Empfangssig nal wird anschließend einer Auswertestufe 10 zugeführt, die es auf mehrere Alarmkriterien hin untersucht und gege benenfalls Alarm auslöst. Vorzugsweise führt die Auswerte stufe 10 eine Zeitintervallmessung, eine Reflexionsmes sung sowie eine Frequenzmessung durch und löst dann Alarm aus, wenn diese drei Messungen jeweils eine vorbestimmte Bedingung erfüllen. Über durch Pfeile angedeutete Aus gangsleitungen werden im Alarmfall nicht gezeigte Melde einrichtungen, wie Sirenen oder Warnleuchten, in Betrieb gesetzt.The output signal of the receiving element 2 , the frequency of which corresponds to the vibrations generated in the glass, is amplified by a preamplifier 3 with a known structure and then rectified by a rectifier stage 4 . The amplified and rectified receive signal is then fed to an evaluation stage 10 , which examines it for several alarm criteria and triggers an alarm if necessary. The evaluation stage 10 preferably carries out a time interval measurement, a reflection measurement and a frequency measurement and then triggers an alarm if these three measurements each meet a predetermined condition. In the event of an alarm, signaling devices not shown, such as sirens or warning lights, are put into operation via output lines indicated by arrows.

Um den Pegel des gleichgerichteten Empfangssignals kon stant zu halten, ist eine Amplituden-Regelungseinrichtung 6 vorgesehen, die das gleichgerichtete Empfangssignal überwacht und die Amplitude des Sendesignals Ss ändert, wenn der Pegel des Empfangssignals von einem vorbestimmten Wert abweicht. Hierzu steuert die Amplituden-Regelungsein richtung 6 den Schaltungsteil A der Sendestufe mit einer geeigneten Regelspannung Vr an. Die Regelspannung kann in der Praxis Werte zwischen 0,5 und 8 V annehmen. Um zu er reichen, daß die Amplituden-Regelungseinrichtung 6 die für die Auswertung wichtigen schnellen Pegeländerungen passie ren läßt bzw. nicht ausregelt, weist sie eine Regelverzö gerung von mehreren Sekunden auf.In order to keep the level of the rectified received signal constant, an amplitude control device 6 is provided which monitors the rectified received signal and changes the amplitude of the transmitted signal Ss when the level of the received signal deviates from a predetermined value. For this purpose, the amplitude control device 6 controls the circuit part A of the transmission stage with a suitable control voltage Vr . In practice, the control voltage can assume values between 0.5 and 8 V. To extend to it that the amplitude control device 6 can be important for the evaluation of rapid level changes passie reindeer or not corrects, it has a Regelverzö delay to several seconds.

Erfindungsgemäß ist darüber hinaus eine Frequenz-Ände rungseinrichtung 8 vorgesehen, die die Regelspannung Vr erfaßt und die Frequenz des Sendesignals Ss ändert, wenn die Regelspannung Vr außerhalb eines vorgegebenen Span nungsbereichs oder, gemäß dem gezeigten Ausführungsbei spiel, oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt. Durch geeignete Einflußnahme auf den Schaltungsteil f der Sende stufe 7 wird in diesem Fall die Frequenz des Sendesignals Ss solange geändert, bis die Regelspannung Vr wieder in nerhalb des vorgegebenen Bereichs bzw. unterhalb des vor bestimmten Wertes liegt.According to the invention, a frequency change device 8 is also provided which detects the control voltage Vr and changes the frequency of the transmission signal Ss when the control voltage Vr is outside a predetermined voltage range or, according to the exemplary embodiment shown, is above a predetermined value. By suitably influencing the circuit part f of the transmission stage 7 , the frequency of the transmission signal Ss is changed in this case until the control voltage Vr is again within the predetermined range or below the predetermined value.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf den in Fig. 2 gezeig ten Schaltplan der Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Frequenz-Änderungseinrichtung 8 näher beschrieben, wobei zur Vereinfachung die nicht relevanten Schaltungsteile der Fig. 1 nicht gezeigt sind.The structure of an exemplary embodiment of the frequency change device 8 is described in more detail below with reference to the circuit diagram shown in FIG. 2, the irrelevant circuit parts of FIG. 1 not being shown for the sake of simplicity.

Gemäß Fig. 2 wird das von der Gleichrichterstufe 4 gleich gerichtete Empfangssignal dem invertierenden Eingang (-) eines Operationsverstärkers OP 3 sowie der Auswertestufe 10 zugeführt. Der nicht-invertierende Eingang (+) des Opera tionsverstärkers OP 3 wird mittels eines aus Widerständen R 6 und R 7 gebildeten Spannungsteilers auf ein Bezugspoten tial vorgespannt, da der Widerstand R 7 mit der stabili sierten Versorgungsspannung verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP 3 ist über eine Parallelschaltung aus einem Widerstand R 9 und einem Kondensator C 2 auf den nicht-invertierenden Eingang rückgekoppelt. Durch die Rückkopplung entsteht eine bekannte Regelschaltung, wobei der Kondensator C 2 für die gewünschte Regelverzögerung sorgt, deren Zeitdauer durch geeignete Dimensionierung von C 2 und R 9 festgelegt wird. Der Ausgang des Operationsver stärkers OP 3 erzeugt die Regelspannung Vr, die über den Schaltungsteil A der Sendestufe 7 die Amplitude des Sende signals Ss proportional beeinflußt.Referring to FIG. 2, of the rectifier stage 4 rectified reception signal is supplied to the inverting input (-) of an operational amplifier OP 3, and the evaluator 10 is supplied. The non-inverting input (+) of the operational amplifier OP 3 is biased by means of a voltage divider formed from resistors R 6 and R 7 to a reference potential since the resistor R 7 is connected to the stabilized supply voltage. The output of the operational amplifier OP 3 is fed back to the non-inverting input via a parallel circuit comprising a resistor R 9 and a capacitor C 2 . The feedback results in a known control circuit, the capacitor C 2 providing the desired control delay, the duration of which is determined by suitable dimensioning of C 2 and R 9 . The output of the operational amplifier OP 3 generates the control voltage Vr , which influences the amplitude of the transmission signal Ss proportionally via the circuit part A of the transmission stage 7 .

Die Regelspannung liegt über einen Widerstand R 1 am nicht invertierenden Eingang (+) eines Komparators in Form ei nes Operationsverstärkers OP 1 an. Der nicht invertierende Eingang (-) des Operationsverstärkers OP 1 ist mit dem Aus gang der Gleichrichterstufe 4 verbunden, während sein Aus gang an die Kathode einer Diode D 1 angeschlossen ist, de ren Anode mit einem Widerstand R 2 verbunden ist. Die an dere Klemme des Widerstands R 2 ist an einen mit Masse ver bundenen Kondensator C 1 sowie an einen Rückkopplungswi derstand Rk angeschlossen, der auf den invertierenden Ein gang des Operationsverstärkers OP 1 zurückgekoppelt ist. Der mit dem Widerstand R 2 verbundene Pol des Kondensators C 1 ist an den nicht-invertierenden Eingang (+) eines wei teren Operationsverstärkers OP 2 angeschlossen, dessen Aus gang direkt auf seinen invertierenden Eingang (-) rückge koppelt ist und dadurch einen Spannungsfolger bzw. Impe danzwandler bildet.The control voltage is present via a resistor R 1 at the non-inverting input (+) of a comparator in the form of an operational amplifier OP 1 . The non-inverting input (-) of the operational amplifier OP 1 is connected to the output of the rectifier stage 4 , while its output is connected to the cathode of a diode D 1 , whose anode is connected to a resistor R 2 . The at the other terminal of the resistor R 2 is connected to a capacitor C 1 connected to ground and to a feedback resistor Rk which is fed back to the inverting input of the operational amplifier OP 1 . The pole of the capacitor C 1 connected to the resistor R 2 is connected to the non-inverting input (+) of a further operational amplifier OP 2 , the output of which is directly coupled back to its inverting input (-) and thereby a voltage follower or Impedance converter forms.

Der Ausgang des Operationsverstärkers OP 2 ist an die Kat hode einer Diode D 2 angeschlossen, deren Anode mit dem Gate eines Feldeffekttransistors FET sowie mit einem Wi derstand R 4 verbunden ist, dessen andere Klemme mit der Betriebsspannung verbunden ist. Source und Drain des Feld effekttransistors FET sind an die beiden Klemmen eines im Schaltungsteil f der Sendestufe befindlichen Widerstands angeschlossen. Dieser Widerstand ist Teil eines RC-Glie des, das die Sendefrequenz bestimmt. Dadurch, daß die Gatespannung eines Feldeffekttransistors dessen ON-Wider stand linear beeinflußt und der Transistor FET dem fre quenzbeeinflussenden Widerstand parallelgeschaltet ist, ist die am Gate anliegende Spannung ungefähr der Frequenz des Sendesignals Ss proportional.The output of the operational amplifier OP 2 is connected to the cathode of a diode D 2 , the anode of which is connected to the gate of a field effect transistor FET and to a resistor R 4 , the other terminal of which is connected to the operating voltage. Source and drain of the field effect transistor FET are connected to the two terminals of a resistor located in the circuit part f of the transmitter stage. This resistor is part of an RC circuit that determines the transmission frequency. Characterized in that the gate voltage of a field effect transistor whose ON resistance was linearly influenced and the transistor FET is connected to the frequency-influencing resistor in parallel, the voltage applied to the gate is approximately proportional to the frequency of the transmission signal Ss .

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Frequenz-Änderungs schaltung 8 kurz erläutert. Wenn die Regelspannung Vr des Operationsverstärkers OP 1 einen bestimmten Wert über schreitet, der durch die Spannung des an seinem invertie renden Eingang anliegenden gleichgerichteten Empfangssig nals gegeben ist, wird der Ausgang des Operationsverstär kers OP 1 sogleich positiv und lädt den Kondensator C 1 auf ein Potential auf, das infolge der Diode D 1 in etwa dem des Empfangssignals entspricht. Dadurch wird die Frequenz des Sendesignals Ss durch den Feldeffekttransistor FET er höht. Da eine steigende Regelspannung eine verschlechterte Übertragungsgüte und damit eine von der momentanen Reso nanzfrequenz der Glasscheibe stark abweichende Sendefre quenz bedeutet, wird durch die Erhöhung der Frequenz diese der Resonanzfrequenz angenähert und die Übertragungsgüte verbessert, so daß die Regelspannung Vr des Operationsver stärkers OP 3 wieder unter den Schwellenwert sinkt. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP 1 wird daher schließ lich negativ, so daß der Kondensator C 1 langsam entladen wird und die Frequenz des Sendesignals Ss entsprechend ab sinkt. Damit beginnt der beschriebene Regelungszyklus von neuem.The operation of the frequency change circuit 8 is briefly explained below. When the control voltage Vr of the operational amplifier OP 1 exceeds a certain value, which is given by the voltage of the rectified signal present at its inverting input, the output of the operational amplifier OP 1 immediately becomes positive and charges the capacitor C 1 to a potential which, due to the diode D 1, corresponds approximately to that of the received signal. As a result, the frequency of the transmission signal Ss is increased by the field effect transistor FET . Since an increasing control voltage means a deteriorated transmission quality and thus a transmission frequency which differs greatly from the instantaneous resonance frequency of the glass pane, this is approximated by increasing the frequency of the resonance frequency and the transmission quality is improved, so that the control voltage Vr of the operational amplifier OP 3 is under again the threshold drops. The output of the operational amplifier OP 1 is therefore finally Lich, so that the capacitor C 1 is slowly discharged and the frequency of the transmission signal Ss decreases accordingly. The control cycle described thus begins anew.

Wenn die Übertragungsgüte hingegen aufgrund äußerer Ein flüsse wieder zu steigen beginnt, erreicht die Regelspan nung Vr den Schwellenwert nicht, so daß die Frequenz des Sendesignals Ss unverändert aufrechterhalten bleibt.If, on the other hand, the transmission quality starts to increase again due to external influences, the control voltage Vr does not reach the threshold value, so that the frequency of the transmission signal Ss remains unchanged.

Claims

1. Active glass breakage detector with a receiving element fastened on a glass pane to be monitored, which receives the vibrations generated by a transmitting element fastened to it on the glass pane, an evaluation stage which amplifies and rectifies the receiving signal of the receiving element amplified by an input stage for triggering the alarm on several alarm criteria investigated, an amplitude control device that adjusts the level of the rectified received signal after changing a predetermined control time constant by changing the amplitude of the transmission signal supplied to the transmission element or by changing the amplification factor of the input stage, and with a frequency changing device that reduces the frequency of the transmission signal Consideration of the received signal level changes, characterized in that the frequency changing device ( 8 ) has a comparator (OP 1 ), which the amplified and rectified reception compares the signal with the control voltage (Vr) of the amplitude control device ( 6 ) and - if the received signal level is lower than the level of the control voltage (Vr) - changes the frequency of the transmission signal (Ss) until the control voltage (Vr) changes the level of the Received signal falls below.

2. Glass break detector according to claim 1, characterized in that the fundamental frequency of the transmission signal is set to a value for all conceivable conditions of use below the resulting resonance frequencies of the glass pane to be monitored, the frequency change device ( 8 ) being the fre Frequency of the send signal ( Ss ) increases in the direction of the resonance frequency until the control voltage ( Vr ) falls below the predetermined value.

3. Glass breakage detector according to claim 1, characterized in that the fundamental frequency of the transmission signal is set to a value for all conceivable conditions of use above the resulting resonance frequencies of the glass pane to be monitored, the frequency change device ( 8 ) being the fre Frequency of the Sendsig nals ( Ss ) decreases in the direction of the resonance frequency until the control voltage ( Vr ) falls below the predetermined value.

4. Glass break detector according to one of the preceding claims, characterized in that the frequency-change device ( 8 ) changes the frequency of the transmission signal ( Ss ) in the range from 150 to 250 kHz.

5. Glass breakage detector according to one of the preceding claims, characterized in that the comparator ( OP 1 ) of the frequency modification device ( 8 ) is designed as an operational amplifier, the non-in vertically input (+) via a resistor ( R 1 ) to the Output of the amplitude control device ( 6 ) is connected, while its inverting input (-) the rectified receive signal of the receiving element ( 2 ) is supplied.

6. Glass break detector according to claim 5, characterized in that a series circuit of a resistor ( R 2 ) and a diode ( D 1 ) is connected to the output of the comparator ( OP 1 ), the cathode of the diode being connected to the output is, and that the diode remote connection of the resistor ( R 2 ) with a capacitor ( C 1 ), the other pole of which is connected to ground, and a feedback resistor ( Rk ) which is connected to the inverting input (-) of the Comparator ( OP 1 ) is fed back.

7. glass breakage detector according to claim 6, characterized in that the capacitor voltage via an impedance wall ler ( OP 2 ) and a diode ( D 2 ) at the gate of a field effect transistor (FET) is applied, the frequency-determining resistance of an RC element of a transmission stage ( 7 ) is connected in parallel and its gate is connected to the supply voltage via a resistor ( R 4 ).

8. Glass break detector according to claim 7, characterized in that the field effect transistor (FET) and the parallel resistor are provided instead of a variable resistance for adjusting the glass break detector.