DE3830265C1 - Glass break detector (sensor) - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Glasbruchsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Glasbruchsensor ist durch die DE 32 43 960 A1 bekannt. Glasbruchsensoren dieser Art werden in Alarmanlagen einge­ setzt, mit denen Schaufenster, Glastüren, Glasvitrinen oder dergleichen überwacht werden. Für den Einsatz in derartigen Alarmanlagen ist es erforderlich, in den Sensoren jeweils die Meldelinie von Speiseleitungen des Sensors galvanisch zu trennen, also einen potentialfreien Meldekontakt vorzusehen. Eine solche galvanische Trennung erlaubt den Anschluß an verschiedenartige Meldeliniensysteme wie Schleifensysteme oder Sternsysteme. Durch die Trennung kann ohne Eingriff in die Meldelinie über die Speiseleitungen der Zustand des Sensors überprüft oder der den Alarm auslösende, Sensor ermit­ telt werden. Da die Meldelinie nicht zur Stromversorgung mit herangezogen wird, können beliebig viele Sensoren parallel gespeist werden ohne daß dabei die Auswertung der Meldesig­ nale zu berücksichtigen ist.

In bekannten Glasbruchsensoren dieser Art werden elektro­ mechanische Relais wie beispielsweise Reed-Relais verwendet. Hierbei besteht das Problem, daß derartige Relais von außen durch Magnetfelder beeinflußt werden könnten, so daß daher eine aufwendige Abschirmung erforderlich ist. Ferner ist es zum Erreichen einer bestimmten Störsicherheit gegenüber mechanischen und elektrischen Einflüssen erforderlich, das Relais sehr robust zu gestalten, was vergrößerte Abmessungen und einen erhöhten Stromverbrauch mit sich bringt. Wollte man andererseits versuchen, den Stromverbrauch und die Abmessun­ gen des Relais durch Miniaturisierung herabzusetzen, würden die dann erforderlichen geringen Kontaktabstände und kleinen Leiterquerschnitte zu Schwierigkeiten hinsichtlich der Her­ stellung und auch zu einer Anfälligkeit gegen mechanische Beanspruchung führen.

Es wäre denkbar, das Relais durch einen Optokoppler zu er­ setzen, jedoch würde in diesem Fall die Stromaufnahme zwangs­ läufig erhöht sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Glasbruch­ sensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß mit geringem Aufwand eine hohe Stör­ sicherheit, ein geringer Stromverbrauch und kleine Abmessun­ gen erreicht werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Mitteln gelöst.

Somit wird erfindungsgemäß ein elektronisches Relais einge­ setzt, das aus einem durch das Alarmsignal schaltbaren Oszil­ lator, einer durch das Ausgangssignal des Oszillators ange­ steuerten Trennstufe und einem durch das Ausgangssignal der Trennstufe geschalteten Schaltglied besteht. Der durch das Alarmsignal geschaltete Oszillator kann ohne Schwierigkeiten derart dimensioniert werden, daß der Stromverbrauch äußerst gering ist und die Abmessungen im Vergleich zu dem mechani­ schen Relais wesentlich geringer sind. Die Trennstufe empfängt das Ausgangssignal des Oszillators über für eine zweipolige Trennung geeignete Schaltelemente. Dadurch ist das der Trennstufe nachgeschaltete Schaltglied an der Meldelei­ tung von den Speiseleitungen des Sensors an dem Oszillator galvanisch vollständig getrennt, so daß die angestrebte Realisierung eines potentialfreien Schalters an der Meldelei­ tung erreicht ist. Da damit das Relais als elektronisches Relais in der dargestellten Weise gestaltet ist, erübrigt sich eine magnetische Abschirmung, so daß verglichen mit dem mechanischen Relais eine hohe Störsicherheit bei kleinen Abmessungen erreicht wird. Ferner kann die Stromaufnahme dieses elektronischen Relais, nämlich des Oszillators ohne Schwierigkeiten sehr gering gehalten werden, so daß der Einsatz des Sensors in Alarmanlagen, die nur oder vorwiegend mit von dem Netz unabhängigen Batterien betrieben werden, zu keinerlei Schwierigkeiten hinsichtlich einer Erweiterung der Anlage führen. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Glas­ bruchsensors bestehen darin, daß die Lebensdauer nicht durch mechanische Abnutzung begrenzt ist und daß trotz geringer Stromaufnahme, hoher Störsicherheit und geringen Abmessungen die Herstellungskosten im Vergleich zu einem elektromechani­ schen Relais gering sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Glasbruch­ sensors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das die Funktion des Glasbruchsensors veranschaulicht.

Fig. 2 ist ein ausführliches Schaltbild des Glas­ bruchsensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 3 ist ein ausführliches Schaltbild des Glas­ bruchsensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Die Fig. 1 zeigt den grundlegenden Aufbau des Glasbruchsen­ sors, der als wesentlichen Bestandteil einen Wandler 1 ent­ hält, welcher an einer zu überwachenden Glasscheibe ange­ bracht wird und die daran entstehenden Geräusche in elek­ trische Signale umsetzt. Der Wandler 1 kann beispielsweise ein piezoelektrischer Wandler oder ein Elektret-Mikrofon sein wobei lediglich die Voraussetzung zu erfüllen ist, daß der Wandler auch die für einen Glasbruch typischen hoch­ frequenten Geräusche aufnimmt. Die dementsprechenden hoch­ frequenten Komponenten des Ausgangssignals des Wandlers 1 werden von einem Bruchgeräuschfilter 2 durchgelassen, während niederfrequente Komponenten unterdrückt werden, die bei­ spielsweise an der überwachten Glasscheibe durch vorbeifah­ rende Fahrzeuge, Trittschall oder böigen Wind erzeugt werden. Das Ausgangssignal des Filters 2 liegt an einer Schwellen­ wertschaltung 3 an, die ein Alarmsignal erzeugt, wenn das Ausgangssignal des Filters 2 einen bestimmten Schwellenwert übersteigt. Durch das Ausgangssignal der Schwellenwertschal­ tung wird ein insgesamt als Relais 4 bezeichneter Teil des Sensors geschaltet, der bei dem Auftreten des Alarmsignals an einer Meldelinie ML ein Meldesignal hervorruft, das je nach Auslegung des Sensors in einem Kurzschließen oder Öffnen der Strecke zwischen den Anschlüssen der Meldelinie bestehen kann. Das Alarmsignal wird ferner in einer Speicherschaltung gespeichert, deren Speicherzustand mittels einer Leucht­ diode 6 angezeigt wird.

In dem Glasbruchsensor ist das Relais 4 ein elektronisches Relais mit einem Oszillator 7, einer Trennstufe 8 und einem Schaltglied 9. Der Oszillator 7 wird durch das Alarmsignal aus der Schwellenwertschaltung 3 geschaltet und gibt sein Ausgangssignal an die Trennstufe 8 ab, deren Ausgangssignal ein an der Meldelinie ML angeschlossenes Schaltglied 9 steuert. In der Trennstufe 8 werden die Trennstufe selbst und das nachgeschaltete Schaltglied 9 galvanisch von dem Oszilla­ tor 7 und damit von den Speiseleitungen des Sensors getrennt. Das Kurzschließen oder Öffnen der Meldelinie kann wahlweise durch das Ein- oder Ausschalten des Oszillators 7 erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch das erwünschte Meldesignal von dem Schaltglied 9 dann erzeugt, wenn der Oszillator 7 ausgeschaltet wird. Dies ergibt den Vorteil, daß das Meldesignal zugleich auch zur Überwachung des Anschlußzustandes des Sensors bzw. zur Meldung einer Sabotage durch Unterbrechung der Speiseleitung dient, da bei unterbrochener oder verringerter Stromzufuhr der Oszillator 7 außer Betrieb gesetzt wird und dadurch im Schaltglied 9 das Meldesignal hervorruft.

Die Fig. 2 zeigt ausführlich die Schaltung des Glasbruchsen­ sors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem der Oszillator 7 als astabile Kippstufe ausgebildet ist, die durch das Alarmsignal aus der Schwellenwertschaltung schaltbar ist. Gemäß Fig. 2 ist dem Wandler 1 das Filter 2 in Form eines T-Hochpaßfilters mit einer Induktivität L 1 und Kondensatoren C 3 und C 4 nachgeschaltet, durch das die nieder­ frequenten Komponenten des Ausgangssignals des Wandlers 1 unterdrückt und die für den Glasbruch charakteristischen hochfrequenten Komponenten durchgelassen werden. Sobald die hochfrequenten Komponenten einen bestimmten Schwellenwert erreicht haben wird in der Schwellenwertschaltung 3 ein Transistor T 2 durchgeschaltet, wodurch an dessen Kollektor ein Alarmsignal erzeugt wird. Durch dieses Alarmsignal, näm­ lich durch das Durchschalten des Transistors T 2 wird der Oszillator 7 außer Betrieb gesetzt der bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel zwei Transistoren T 4 und T 9 enthält, die über Kopplungsglieder C 7 und R 12 bzw. C 8 und R 17 gekoppelt sind, wenn der Transistor T 2 gesperrt ist. An dem Transistor T 9 wird das Ausgangssignal des Oszillators 7 über einen Begren­ zungswiderstand R 16 abgenommen und der Trennstufe 8 zuge­ führt. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Trennstufe 8 aus zwei Kondensatoren C 10 und C 11 und einer Spannungsver­ dopplerschaltung aus Dioden D 3 und D 4 sowie einem Widerstand R 14. Die Schwingungsfrequenz des Oszillators 7 ist im Bereich von 30 bis 40 kHz so gewählt, daß die Kondensatoren C 10 und C 11 auch bei kleinen Kapazitätswerten eine ausreichend hohe Spannung an dem Ausgang der Spannungsverdopplerschaltung liefern. Mit dem Ausgangssignal der Spannungsverdopplerschal­ tung wird das Schaltglied 9 angesteuert, das bei diesem Ausführungsbeispiel aus zwei gegenpolig in Reihe geschalteten MOS-Feldeffekttransistoren T 7 und T 8 besteht, die von dem Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung gesteuert sind. Zum Schutz der Transistoren T 7 und T 8 gegen Überspannungen sind eingangsseitig ein Kondensator C 12 und eine Zenerdiode D 5 sowie ausgangsseitig ein Kondensator C 13 und ein Varistor U vorgesehen. Die Reihenschaltung aus den Transistoren T 7 und T 8 ist zwischen die beiden Leitungen der Meldelinie ML ge­ schaltet.

Das Kurzschließen oder Öffnen der Meldelinie wird durch selbstleitende Transistoren als Schließschalter oder durch selbstsperrende Transistoren als Öffnungsschalter herbeige­ führt. Dabei wird die Reihenschaltung aus den Transistoren T 7 und T 8 zwischen zwei Leitungen der Meldelinie ML als Schließ­ schalter in Parallelschaltung geschaltet oder - wie es in der Regel der Fall ist - in eine Leitung der Meldelinie als Öff­ nungsschalter in Serienschaltung eingeschleift. Bei unipola­ rer Ausführung des Schaltglieds 9 wird auf nicht dargestellte Weise der Transistor T 8 weggelassen, dessen Schallstrecke überbrückt und anstelle des Varistors U eine Störunter­ drückungsdiode eingesetzt.

Durch das Ausgangssignal der Schwellenwertschaltung 3, näm­ lich das Durchschalten des Transistors T 2 wird auch die Speicherschaltung 5 betätigt, die bei diesem Ausführungsbei­ spiel Transistoren T 1, T 5 und T 6 enthält. Durch das Durch­ schalten des Transistors T 2 wird der Transistor T 1 einge­ schaltet, wodurch wiederum der Transistor T 6 und dadurch der Transistor T 5 eingeschaltet wird. Über einen von dem Tran­ sistor T 1 mit Spannung beaufschlagten Widerstand R 8 wird nun der Durchschaltzustand des Transistors T 2 aufrecht erhalten, der nach dem Verstreichen einer durch einen Widerstand R 4 und einen Kondensator C 6 bestimmten Zeit wieder aufgehoben wird, da dann der Transistor T 1 wieder ausschaltet. Der Einschalt­ zustand der Transistoren T 5 und T 6 bleibt jedoch weiter bestehen und wird erst durch das Abschalten der Speisespan­ nung aufgehoben. In der Emitterleitung des Transistors T 5 ist die Leuchtdiode 6 angeordnet, die den Einschaltzustand der Speicherschaltung 5 anzeigt.

In dem Glasbruchsensor gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Oszillator 7 mit einer über einen Widerstand R 1 zugeführ­ ten, mittels eines Kondensators C 1 geglätteten Spannung (von +12V) gespeist. Gegen das Ansprechen auf Überspannungsimpul­ se, insbesondere statische Entladungen oder dergleichen ist die Schwellenwertschaltung 3 durch eine Störschutzschaltung aus einer Zenerdiode D 1, einem Widerstand R 2 und einem Tran­ sistor T 3 geschützt. Sobald an der Zenerdiode D 1 eine Ober­ spannung auftritt, entsteht an dem Widerstand R 2 ein Span­ nungsabfall, durch den der Transistor T 3 durchgeschaltet wird. Dadurch wird das Ausgangssignal des Filters 2 und damit das Eingangssignal des Transistors T 2 kurzgeschlossen. Diese Störschutzschaltung trägt in hohem Ausmaß zu einer weiteren Steigerung der Störsicherheit bei geringem Aufwand und gerin­ gen Abmessungen bei, da sich dadurch eine aufwendige Abschir­ mung des Sensors wie auch der Speiseleitungen erübrigt.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel in dem Schaltglied 9 die MOS-Feldeffekttransistoren T 7 und T 8 eingesetzt werden, die für das Schalten praktisch keinen Eingangsstrom benötigen, können die Kondensatoren C 10 und C 11 vor der Spannungsver­ dopplerschaltung D 3, D 4 und R 14 sehr kleine Werte haben, während zugleich auch die Ausgangsleistung des Oszillators 7 sehr niedrig gehalten wird, so daß Kollektorwiderstände R 13 und R 15 der Transistoren T 9 und T 4 der Kippschaltung hohe Werte annehmen, wodurch der Stromverbrauch des Sensors ge­ senkt wird. Beispielsweise wird bei einer Speisespannung von 12V ein Ruhestrom des eingeschalteten Oszillators 7 von etwa 0,7 mA mit folgender Dimensionierung erreicht: R 12, R 17 = 220 kOhm, R 13, R 15 = 22 kOhm, C 7, C 8 = 100 pF und T 4, T 9= BC847.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Glas­ bruchsensors, das sich von demjenigen nach Fig. 2 darin unterscheidet, daß als Oszillator 7 ein LC-Oszillator, näm­ lich ein Huth-Kühn-Oszillator mit dem Transistor T 4, einer Induktivität L 2, Kondensatoren C 9, C 14 und C 15 und Widerstän­ den R 18 und R 19 verwendet wird. Dieser Oszillator wird im Alarmfall dadurch ausgeschaltet, daß die Basis-Emitter- Strecke des Transistors T 4 mittels einer Diode D 2 und des durchgeschalteten Transistors T 2 überbrückt wird. Die Funk­ tionsweise dieses Oszillators ist ähnlich der der astabilen Kippstufe mit dem Unterschied, daß die Amplitude des Aus­ gangssignals wesentlich höher ist und daher der Sensor statt mit 12 V auch mit einer Speisespannung von 5 V oder weniger betrieben werden kann. Auch bei diesem Oszillator wird bei­ spielsweise bei der Speisespannung von 12 V ein Ruhestrom des eingeschalteten Oszillators von ungefähr 1 mA mit folgender Dimensionierung erreicht: R 18 = 3,3 kOhm, R 19 = 1 MOhm, C 9, C 15 = 10 nF, C 14 = 100 nF, L 2 = 1 mH und T 4 = BC847. Bei dieser Dimensionierung liegt die Schwingungsfrequenz des Oszillators bei etwa 60 kHz.

Stattdessen können natürlich auch andere Oszillatoren einge­ setzt werden, soweit sie den Bedingungen genügen, daß der Stromverbrauch niedrig ist und der Raumbedarf gering ist. Hinsichtlich der Wahl der Frequenz des Oszillators ist natür­ lich zu beachten, daß eine Einwirkung elektromagnetischer Felder von leistungsstarken Sendern zu unterdrücken ist. Der Oszillator kann beispielsweise auch eine integrierte Flip- Flopschaltung mit zugehörigen RC-Gliedern sein, die von außen her ein- und ausschaltbar ist. Hinsichtlich des Schaltglieds 9 besteht lediglich die Einschränkung, daß zu dem Schalten nur geringe Leistung erforderlich ist, damit der Oszillator 7 mit geringer Ausgangsleistung und damit niedrigem Stromver­ brauch betrieben werden kann. Wenn die Kondensatoren C 10 und C 11 der Trennstufe 8 nur eine geringe Leistung bei hoher Frequenz übertragen müssen, können für diese Kondensatoren Werte gewählt werden, die in die Größenordnung der Kapazitä­ ten zwischen der Meldelinie ML und den Speiseleitungen des Sensors fallen, so daß auch im Sensor keine stärkere kapazi­ tive Verkopplung zwischen der Meldelinie und den Speiselei­ tungen hervorgerufen wird.

Claims (8)

1. Glasbruchsensor mit einem an eine zu überwachende Glas­ scheibe anbringbaren Wandler zur Umsetzung von Glasbruchge­ räuschen in ein Signal, das in einer Schwellenwertschaltung ein Alarmsignal hervorruft, mit dem ein Relais zur Abgabe eines Meldesignals an eine von Speiseleitungen galvanisch getrennte Meldelinie geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (4) als elektronisches Relais mit einem durch das Alarmsignal schaltbaren Oszillator (7), einer dem Oszil­ lator nachgeschalteten Trennstufe (8) zur galvanischen Tren­ nung und einem durch das Ausgangssignal der Trennstufe schaltbaren Schaltglied (9) an der Meldelinie (ML) gestaltet ist.

2. Glasbruchsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (7) ein RC-Oszillator in Form einer asta­ bilen Kippstufe mit zwei Transistoren (T 4, T 9) und frequenz­ bestimmenden Koppelgliedern (R 12, C 7, R 17, C 8) ist.

3. Glasbruchsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (7) ein LC-Oszillator mit mindestens einem Transistor (T 4) und einem Schwingkreis (L 2, C 9, C 15) ist.

4. Glasbruchsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstufe (8) eine an den Oszillator (7) über Kondensatoren (C 10, C 11) zweipolig ange­ koppelte Gleichrichterschaltung (D 3, D 4, R 14) ist.

5. Glasbruchsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung (D 3, D 4, R 14) der Trennstufe (8) als Spannungsverdopplerschaltung gestaltet ist.

6. Glasbruchsensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schaltglied (9) als Zweirichtungsschalter mit zwei gegenpolig in Reihe geschalteten MOS-Feldeffekt­ transistoren (T 7, T 8) ausgebildet ist, die durch die Aus­ gangsspannung der Gleichrichterschaltung (D 3, D 4, R 14) der Trennstufe (8) schaltbar sind.

7. Glasbruchsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwertschaltung (3) eine Speicherschaltung (5) zum Speichern des Alarmsignals nachgeschaltet ist.

8. Glasbruchsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Störschutzschaltung (D 1, R 2, T 3) mit einer an die Speiseleitungen angeschlossenen Reihenschal­ tung aus einer Zenerdiode (D 1) und einem Widerstand (R 2) und mit einem durch einen Spannungsabfall an dem Widerstand einschaltbaren Transistor (T 3) für das Kurzschließen des Eingangs der Schwellenwertschaltung (3).