DE3906080C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Objekt­ überwachung mittels eines Lichtwellenleiters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Verfahren dieser Art ist in der DE 35 32 554 A1 für eine Alarmeinrichtung beschrieben, in der ein mit Lichtim­ pulsen gespeister Lichtwellenleiter an einer Vielzahl von Überwachungsobjekten vorbei zu der Sendestelle zurückge­ führt wird und an den Objekten durch deren Bewegung das Durchlaßverhalten des Leiters oder eines in den Leiter ein­ gefügten Nebenleiters auf mechanische Weise geändert wird, was als Änderung des über den zurückgeführten Lichtwellen­ leiter zurückgeleiteten Impulses erfaßt und zu einem Alarm­ signal ausgewertet wird. Bei dieser bekannten Alarmeinrich­ tung muß jedoch zum Erzielen einer merklichen Änderung des zurückgeleiteten Lichtimpulses der Lichtwellenleiter durch eine Bewegung des Objektes sehr stark verformt werden, ins­ besondere sogar unterbrochen werden. Es ist daher eine durch eine geringe Objektbewegung verursachte schwache Ver­ formung des Lichtwellenleiters nicht erfaßbar. Weiterhin ist mit dieser bekannten Alarmeinrichtung nicht festzustel­ len, welches der seriell mit dem Lichtwellenleiter verbun­ denen Objekte durch Bewegung die Verformung hervorgerufen hat, oder ob der Lichtwellenleiter an mehreren der Objekte verformt wurde. Darüber hinaus ist es erforderlich, den Lichtwellenleiter bis zu dem am weitesten abliegenden Ob­ jekt und wieder zurück zu verlegen.

Aus der DE 34 36 030 C2 ist eine Anordnung bekannt, bei der zur Objektüberwachung ein Lichtwellenleiter verwendet wird. Bei dieser bekannten Anordnung wird laufend ermittelt, ob der Lichtwellenleiter an seinem Ende durch einen eng anlie­ genden Reflektor abgeschlossen ist. Sobald durch eine Bewe­ gung des Objekts der daran angebrachte Reflektor geringfü­ gig von dem Lichtwellenleiterende abgehoben wird, ergibt dies eine beträchtliche Schwächung des in dem Lichtwellen­ leiter zurückreflektierten Lichts, die zu einem Alarmsignal ausgewertet wird. Diese Objektüberwachung ergibt zwar eine hohe Sicherheit gegenüber Störungen und Sabotage, jedoch ist für ein jedes einzelne Objekt jeweils ein Lichtwellen­ leiter, ein Richtungskoppler, ein Lichtempfänger und eine Alarmschaltung erforderlich. Außerdem ist nicht jedes Ob­ jekt zum geeigneten Anbringen des Reflektors geeignet.

In der DE 35 33 479 C2 ist ein Verfahren beschrieben, das auf die Verwendung von elektrischen Signalleitungen ausge­ richtet ist. An diesen elektrischen Leitern kann durch ein Verformen, außer durch Unterbrechung, das Reflexionsverhal­ ten nicht geändert werden, so daß irgendeine Objektbewegung mittels eines mechanisch-elektrischen Umsetzers, beispiels­ weise eines Schalters erfaßt werden muß, der seinerseits gegen eine unbefugte Außerbetriebnahme gesichert werden müßte. Darüber hinaus werden bei einer Reflexion durch Un­ terbrechen oder Kurzschließen des Leiters alle nachgeschal­ teten Meldestellen unwirksam, so daß bei dem Ansprechen ei­ ner Meldestelle das ganze System nicht mehr für andere Mel­ dungen aufnahmefähig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzu­ bilden, daß bei einfacher Leiteranordnung jede Bewegung der Objekte mit hoher Empfindlichkeit einzeln für sich und un­ terscheidbar erfaßt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Demnach werden erfindungsgemäß für das Erfassen einer Ob­ jektbewegung die aus dem Lichtwellenleiter infolge der auf dessen Länge normalerweise gleichmäßigen Rückstreuung zu­ rückkehrenden Lichtimpulse überwacht. Sobald durch eine Ob­ jektbewegung das Rückstreuungsverhalten des Lichtwellenlei­ ters geändert wird, bewirkt dies eine Änderung des zurück­ kehrenden Lichtimpulses, deren Ausmaß der durch die Objekt­ bewegung verursachten Leiterverformung entspricht und deren Zeitabstand zu dem eingespeisten Lichtimpuls eine Informa­ tion über die Stelle der Leiterverformung und damit über das bewegte Objekt ergibt. Falls gleichzeitig mehrere der Objekte bewegt werden und dadurch das Rückstreuverhalten des Lichtwellenleiters an mehreren Stellen geändert wird, ergibt dies aufeinanderfolgende Änderungen des zurückkeh­ renden Lichtimpulses, die voneinander zeitlich unterschie­ den werden können, wodurch jedes der betreffenden bewegten Objekte identifiziert werden kann. Zu einer merklichen Än­ derung des Rückstreuverhaltens genügt schon eine geringe Verformung des Lichtwellenleiters, so daß mit dem Verfahren eine hohe Ansprechempfindlichkeit erreicht wird. Ferner kann die Verformung im Bereich der elastischen Verformung gehalten werden, so daß der Lichtwellenleiter nach dem Auf­ heben des Alarmzustands wieder die gleichen Rückstreuungs­ eigenschaften wie zuvor zeigt, also ohne Austausch be­ triebsbereit ist. Durch die Nutzung der naturbedingten Rückstreuung des Lichtwellenleiters erübrigt sich das Ver­ legen einer eigenen Rückleitung, also eine doppelte Lei­ teranordnung, die insbesondere bei einer großen Anzahl von zu überwachenden Objekten Schwierigkeiten ergeben könnte.

Auf diese Weise kann mit einem einzigen Lichtwellenleiter und einer einzigen zugehörigen Einrichtung zum Senden und Empfangen der Lichtimpulse und zum Auswerten derselben eine Vielzahl von Objekten mit relativ geringem Aufwand gleich­ zeitig überwacht werden. Beispielsweise können bis zu 200 Objekte überwacht werden, welche z. B. Bilder, Kunstgegen­ stände, Fenster, Türen usw. oder auch gegen unbefugtes Betreten zu sichernde Fußbodenbereiche sind. Da bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren der Licht­ wellenleiter verwendet wird, besteht die Gefahr, daß die Überwachungsfunktion beispielsweise durch Einleiten von Fremdsignalen oder durch Unterbrechen des Lichtwellenlei­ ters umgangen wird, da hierdurch sofort ein Alarmsignal ausgelöst wird. Das Verfahren ergibt somit eine eigensi­ chere zuverlässige Überwachung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu­ tert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Anlage zur Ausführung des Verfahrens.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Auswerteschaltung der Anlage.

Nach Fig. 1 sind viele Objekte 1 jeweils mit einem Sensor 2 mechanisch gekoppelt und über die betreffenden Sensoren an einen gemeinsamen Lichtwellenleiter 3 angeschlossen. Jeder Sensor 2 ist derart gestaltet, daß durch eine Bewe­ gung des Objekts 1 die Rückstreuungseigenschaften des Lichtwellenleiters beispielsweise durch Biegen, Quetschen, Drücken und/oder Ziehen verändert werden. In den Lichtwel­ lenleiter 3 werden aus einem Lichtsender 4 über einen Richtungskoppler 5 kurze Lichtimpulse eingegeben. Diese Lichtimpulse werden im Lichtwellenleiter 3 durch Rück­ streuung (Rayleigh-Streuung) zu dem Richtungskoppler 5 zurückreflektiert und von diesem in einen Lichtempfänger 6 eingegeben, in dem das entstandene Lichtsignal mittels eines photoelektrischen Wandlers in ein elektrisches Signal umgesetzt wird, das nach Verstärkung einer Auswer­ teschaltung 7 zugeführt wird. Wenn sich nun durch mechani­ sche Einwirkung oder Verformung die Rückstreuungseigen­ schaften des Lichtwellenleiters 3 ändern, so ändert sich auch der zum Richtungskoppler 5 zurückkehrende Anteil der eingegebenen Impulsleistung, so daß sich das empfangene Lichtsignal und somit das elektrische Signal ändert. Diese Änderung wird von der Auswerteschaltung erfaßt und als Alarmsignal einer Anzeigeschaltung 8 zugeführt.

An dem Lichtempfänger 6 tritt eine solche Änderung von der Eingabe des Lichtimpulses an nach einer Laufzeit t_o des Lichtimpulses zum Ort der mechanischen Einwirkung und zurück zum Richtungskoppler 5 auf. Bei einer Strecke x_o vom Richtungskoppler 5 bis zu dem Ort der mechanischen Einwirkung und einer Phasengeschwindigkeit v_p des Lichts im Lichtwellenleiter 3 ändert sich somit das Signal nach t_o=2x_o/V_p. Durch das Messen dieser Zeit t_o von dem Abfall des Lichtimpulses an kann daher der Abstand zu dem das Alarmsignal auslösenden Sensor 2 oder Objekt 1 und damit dieser Sensor oder dieses Objekt bestimmt werden. Zu diesem Zweck enthält beispielsweise die Anzeigeschaltung 8 einen Zähler, der jeweils mit der abfallenden Flanke des Lichtimpulses eingeschaltet wird, Impulse aus einem nicht gezeigten Generator zählt und durch das Alarmsignal abge­ schaltet wird, so daß der erreichte Zählstand jeweils den Abstand zum Ort der Einwirkung anzeigt. Alternativ kann der Zähler bis zu dem nächsten Lichtimpuls weiterzählen, wobei der jeweilige Zählstand ein Zeitfenster ergibt, das einem bestimmten Abstandsbereich entspricht. Wenn in einem solchen Zeitfenster ein Alarmsignal auftritt, wird es an eine zugeordnete Anzeigevorrichtung weitergegeben, die dann jeweils die Einwirkung an einem bestimmten Sensor 2 bzw. einem bestimmten Objekt 1 anzeigt.

In der Fig. 2 ist schematisch die Auswerteschaltung 7 gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Nach Fig. 2 wird das verstärkte elektrische Signal aus dem Lichtemp­ fänger 6 in einen Logarithmierer 9 eingegeben, der aus dem im wesentlichen exponentiell abklingenden Signal ein linear abfallendes Signal formt. Wenn sich infolge einer mechanischen Einwirkung an dem Lichtwellenleiter 3 die Rückstreuung ändert, führt dies zu einer sprunghaften Änderung des Ausgangssignals des Logarithmierers 9. Eine solche Änderung ist in Fig. 2 als abfallende Stufe in dem Zeitdiagramm dargestellt, kann jedoch auch je nach der mechanischen Einwirkung auf den Lichtwellenleiter 3 ein sprunghafter Anstieg des Ausgangssignals sein. Das Aus­ gangssignal des Logarithmierers 9 wird in einer nachge­ schalteten Differenzierstufe 10 differenziert, die eine sprunghafte Änderung des Ausgangssignals als ein Impuls­ signal abgibt, dessen Amplitude der Steilheit der Änderung entspricht. Ferner stellt die Höhe der durch die Sprungän­ derung verursachten Pegelstufe des Ausgangssignals ein Maß für die Einwirkung an dem betreffenden Sensor dar, das gleichfalls in dem Impulssignal in Erscheinung tritt. Das Impulssignal wird in einem Vergleicher 11 mit einem Schwellenwert aus einer Schwellenwert-Einstellvorrichtung 12 so verglichen, daß ein Alarmsignal erzeugt wird, wenn das Impulssignal den Schwellenwert übersteigt. Das Alarm­ signal aus dem Vergleicher bewirkt dann in der Anzeige­ schaltung 8 die erwünschte Anzeige. An die Anzeige­ schaltung 8 können natürlich auch optische und/oder aku­ stische Alarmgeber wie Alarmleuchten oder Hupen ange­ schlossen werden. Wenn in der Anzeigeschaltung 8 für die Zuordnung von Alarmsignalen zu bestimmten Objekten die vorangehend genannte Einrichtung zum Bilden von Zeitfen­ stersignalen vorgesehen ist, können diese an der Schwel­ lenwert-Einstellvorrichtung 12 auch für das Wählen unter­ schiedlicher Schwellenwerte für die verschiedenen Objekte herangezogen werden.

Nach dem beschriebenen Verfahren können vielerlei Objekte auf verschiedenartige Weise überwacht werden. Beispiele hierfür sind die Sicherung von Objekten wie Bildern, Kunstgegenständen, Fenstern, Türen usw. gegen Berührung oder Bewegung. Die überwachten Objekte können auch Räume oder Raumbereiche sein, die dadurch gesichert werden, daß Fußbodenbeläge oder Trittplatten direkt oder über Sensoren mit dem Lichtwellenleiter mechanisch verbunden werden. Es kann demnach je nach den Gegebenheiten ein Objekt selbst als Sensor dienen, der die mechanische Verformung des Lichtwellenleiters hervorruft. Somit können beispielsweise Bimetall-Thermometer, Thermostaten, Schalterhebel, Schal­ terkontakte, Schlösser und dergleichen direkt auf den Lichtwellenleiter einwirken und damit sowohl das Objekt als auch den Sensor bilden. Das Verfahren ist somit sehr vielseitig anwendbar.

Als Lichtwellenleiter kann ein Stufenprofilleiter, ein Gradientenprofilleiter oder irgendein anderer Leiter ver­ wendet werden, solange eine mechanische Einwirkung oder Verformung zu einer Änderung der Rückstreuung führt. Hin­ sichtlich der Anordnung der Sensoren bzw. Objekte an dem Lichtwellenleiter sind Mindestabstände einzuhalten, die in erster Linie durch die Impulsbreite der Lichtimpulse be­ stimmt sind. Diese Mindestabstände sind zwischen dem Rich­ tungskoppler 5 und dem nächstgelegenen Sensor sowie zwi­ schen den einzelnen Sensoren einzuhalten, damit die zu­ rückkehrenden Lichtimpulse eindeutig den jeweiligen Senso­ ren zugeordnet werden können. Die Sensoren 2 werden daher an ganzzahligen Vielfachen des Mindestabstands längs des Lichtwellenleiters 3 angeordnet. Zu kurze Abstände würden eine Überlappung der von benachbarten Sensoren bzw. Objek­ ten zurückkehrenden Lichtimpulse führen, die eine Ab­ flachung von Änderungsstufen ergibt und damit die Auswer­ tung erschwert oder unmöglich macht bzw. Fehler bei der Ortsbestimmung hervorruft. Bei der Wahl der Abstände zwi­ schen den Sensoren bzw. Objekten an dem Lichtwellenleiter ist ferner zu berücksichtigen, daß die Ortsbestimmung von der zeitlichen Auflösung abhängig ist, und eine hohe zeit­ liche Auflösung aufwendig ist.

Claims (10)

1. Verfahren zur Objektüberwachung mittels eines Lichtwel­ lenleiters, der jeweils an einem von vielen Überwachungs­ objekten durch eine Bewegung des Objekts derart verformt wird, daß sich seine Lichtleiteigenschaften ändern, und der mit Lichtimpulsen gespeist wird, deren durch die Änderung der Lichtleitereigenschaften verursachte Änderung zu einem Alarmsignal umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Lichtwellenleiter über einen Richtungskoppler mit kurzen Lichtimpulsen gespeist wird,
daß die aus dem Lichtwellenleiter infolge der Rück­ streuung zurückkehrenden Lichtimpulse über den Richtungskoppler aufgenommen und in elektrische Signale umgesetzt werden,
daß an den elektrischen Signalen eine durch die Ver­ formung des Lichtwellenleiters verursachte Änderung der Rückstreuungseigenschaften ermittelt und als Alarmsignal ausgewertet wird und
daß die Laufzeit des Lichtimpulses bis zu der Verfor­ mungsstelle des Lichtwellenleiters und zurück als Er­ kennungssignal für das die Verformung verursachende bewegte Objekt ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Objekte an dem Lichtwellenleiter in Abhängigkeit von der Impulsbreite der eingegebenen Licht­ impulse gewählt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den elektrischen Signalen die Rück­ streuungsänderung durch Differenzieren des Signals erfaßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale vor dem Differenzieren logarith­ miert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Umsetzung in ein Alarmsignal das differen­ zierte Signal mit einem Schwellenwert verglichen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert in Abhängigkeit von der Laufzeit eines jeweils eine Rückstreuungsänderung anzeigenden Signals eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Verformen des Lichtwellenleiters durch Drücken, Quetschen, Ziehen und/oder Biegen erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum mechanischen Verformen des Lichtwellenleiters ein geeignetes Objekt direkt oder ein mit einem Objekt verbundener Sensor verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor oder Objekt ein Fußbodenbelag ver­ wendet wird, durch dessen Betreten der Lichtwellenleiter verformt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor oder Objekt ein Bimetall-Tempera­ turfühler verwendet wird, durch dessen temperaturabhängige Verformung der Lichtwellenleiter verformt wird.