DE3910715A1 - Infraschalldetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Infraschalldetektor der im Oberbegriff des An­ spruchs 1 definierten Gattung.

Bei Infraschalldetektoren dieser Art wird der Effekt ausgenutzt, daß in einem Gebäude, Raum od. dgl. niederfrequente Druckschwankungen auftreten, wenn seine geschlossene Außenhaut durch Öffnen einer Tür, Einschlagen einer Fen­ sterscheibe etc. durchbrochen wird. Diese Druckschwankungen werden auf die Schwingungen der eingeschlossenen Luftmassen zurückgeführt und sind beispiels­ weise vergleichbar mit den Schwingungen, die bei der Anregung einer über­ dimensionalen Blockflöte durch Öffnen eines "Lochs" entstehen würden. Die Frequenzen derartiger Schwingungen liegen im Infraschallbereich, d.h. weit unter dem hörbaren Bereich, und betragen nur einige mHz bis Hertz. Infra­ schalldetektoren können daher nicht durch Frequenzen im hörbaren Bereich und höherfrequente Schwingungen, wie sie z.B. durch die Bewegungen eines Men­ schen oder Tiers entstehen, gestört werden, weswegen sie sich vorzüglich zur Überwachung von Gebäuden, Räumen, Personenkraftwagen etc. gegen Einbruch od. dgl. eignen.

Bekannte Infraschalldetektoren bringen verschiedene Probleme mit sich. Diese werden insbesondere dadurch verursacht, daß bei Anwendung der üblichen Ver­ stärkereinrichtungen wegen der geringen Frequenzen sehr hohe Kapazitäten (z.B. 1000 F und mehr) benötigt werden, um die Wechselspannungskomponen­ ten von den unvermeidbaren Gleichspannungskomponenten abzukoppeln. Außer­ dem müssen die Wechselspannungskomponenten gleichgerichtet und dann einer Schwellwertschaltung zugeführt werden, um Fehlersignale mit geringer Ampli­ tude auszuschalten und ein Schaltsignal zu erzeugen, das zur Steuerung einer nachfolgenden, z.B. in CMOS-Technik ausgeführten und ein Alarmgerät aus­ lösenden Logikschaltung brauchbar ist. Schließlich sind die meisten für Ver­ stärkereinrichtungen brauchbaren Operationsverstärker für den bipolaren Be­ trieb, d.h. für den Betrieb mit einer positiven und einer negativen Betriebs­ spannung ausgebildet, was vor allem bei mit Batterien oder überwiegend digital betriebenen Geräten störend wirkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Infraschalldetektor der eingangs bezeichneten Gattung mit vergleichsweise einfachen konstruktiven Mitteln so auszubilden, daß weder unförmige Kondensatoren mit übergroßen Kapazitäten noch Gleichrichterschaltungen benötigt werden, Fehlersignale dennoch wirksam vermieden werden können und eine durchweg unipolare Schal­ tungsanordnung vorgesehen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Dadurch, daß erfindungsgemäß die Gleichspannungskomponente der verstärkten Signale zur Definition einer Schaltschwelle herangezogen wird, kann der ge­ samte Detektor aus gleichspannungsgekoppelten Verstärkerstufen aufgebaut werden. Dadurch wird die Anwendung von Kondensatoren mit großen Kapazi­ täten im Weg des auszuwertenden Signals vermieden. Durch die erfindungsge­ mäße Art der Schaltschwellenbildung entfällt zugleich die Notwendigkeit, eine Gleichrichterschaltung vorzusehen. Schließlich kann auf die Anwendung bipolarer Stufen verzichtet werden.

Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Infraschalldetektors; und

Fig. 2 bis 7 in stark schematischer und vereinfachter Darstellung die Frequenz­ gänge bzw. Signalformen an einigen Punkten des Infraschalldetektors nach Fig. 1 bei einer beispielsweise angenommenen Dimensionierung der verschie­ denen Schaltelemente.

Der erfindungsgemäße Infraschalldetektor enthält nach Fig. 1 einen Sensor Q 1 zur Umwandlung von Schwankungen des Luftdrucks in ein elektrisches Sensor­ signal. Der Sensor Q 1 besteht vorzugsweise aus einem Elektret-Kondensator­ mikrofon mit integriertem Feldeffekttransistor. Hierdurch ergibt sich zwar der Nachteil, daß eine unter der Betriebsspannung üblicher Operationsverstärker liegende Hilfsspannung für den Betrieb des Sensors Q 1 benötigt wird. Dem steht aber der Vorteil gegenüber, daß derartige Sensoren sehr empfindlich sind.

Zwischen den Sensor Q 1 und eine nachfolgende Verstärkereinrichtung ist eine Schaltungsanordnung geschaltet, um ein elektrisches Sensorsignal zu erzeugen, das ein Gleichspannungssignal und ein diesem überlagertes Wechselspannungs­ signal enthält. Diese Schaltungsanordnung weist einen Spannungsregler IC 1 auf, dessen Ausgang über zwei in Serie geschaltete Widerstände R 1 und R 2 mit dem Sensor Q 1 verbunden ist und aus der Betriebsspannung +U _b (üblicherweise +12 V) die Hilfsspannung (Gleichspannung) ableitet. Die Hilfsspannung ist vor­ zugsweise etwas weniger als halb so groß wie die Betriebsspannung und beträgt im Ausführungsbeispiel 5 V. Ein zwischen dem Ausgang des Spannungsreglers IC 1 und Masse liegender Kondensator C 1 dient als Stützkondensator. Über die Widerstände R 1, R 2 wird einerseits der Feldeffekttransistor des Sensors Q 1 versorgt, andererseits fällt an ihnen das vom Sensor Q 1 erzeugte Signal ab, wobei R 1 hier als Arbeitswiderstand dient. Die Widerstände R 1, R 2 sind derart bemessen, daß an ihrem Verbindungspunkt A ein Potential von ca. 3 V liegt.

Die beiden Anschlüsse des Widerstands R 1 sind mit einem Tiefpaß verbunden, der aus einem Widerstand R 3 und einem mit diesem in Serie geschalteten Kondensator C 2 besteht und eine Grenzfrequenz von ca. 1,5 Hz besitzt. Dem Kondensator C 2 ist ein Potentiometer R 4 parallel geschaltet, das z.B. als Wi­ derstandsbahn mit Schleifer ausgebildet ist. Vorzugsweise wird jedoch eine Wi­ derstandskette mit einem Stufenschalter vorgesehen, um eine genauere Ein­ stellung und Reproduzierbarkeit zu ermöglichen. Mit dem Schleifer oder Stu­ fenschalter wird jeweils ein vorgewählter Teil des am Potentiometer R 4 auf­ tretenden Sensorsignals übernommen, das eine Gleichspannungskomponente zwischen ca. 3 V und 5 V und eine dieser überlagerte, von den Druckschwan­ kungen abhängige Wechselspannungskomponente besitzt.

Der Ausgang des Potentiometers R 4 ist mit dem Eingang eines aktiven Tief­ paßfilters mit Einfachmitkopplung angeschlossen, der die erste Stufe einer Ver­ stärkereinrichtung bildet. Der Tiefpaßfilter weist zwei in Serie geschaltete, zwischen das Potentiometer R 4 und den nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP 1 geschaltete Widerstände R 5 und R 6 auf. Die Mit­ kopplung bewirkt ein Kondensator C 3, der den Ausgang C des Operationsver­ stärkers OP 1 mit dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände R 5, R 6 ver­ bindet. Der Ausgang C des Operationsverstärkers OP 1 ist außerdem über zwei in Serie verbundene Widerstände R 7, R 8 an Masse gelegt, deren Verbindungs­ punkt in üblicher Weise als Gegenkopplung mit dem invertierenden Eingang von OP 1 verbunden ist. Ein weiterer Kondensator C 4 liegt zwischen dem nicht in­ vertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP 1 und Masse.

Der Tiefpaßfilter mit OP 1 ist als aktiver Tiefpaß zweiter Ordnung mit Bessel- Charakteristik ausgebildet. Dazu sind die Widerstände R 7 mit 22 kOhm und R 8 mit 47 kOhm so gewählt, daß sich eine feste innere Verstärkung von ca. 1,47 ergibt. Die Bessel-Charakteristik stellt sicher, daß bei einer Sprungerregung kein Überschwingen im Bereich der Grenzfrequenz auftritt. Hierdurch wird vermieden, daß kurze, z.B. durch Klatschen verursachte und vom Sensor Q 1 übertragene Schallsignale zu Überschwingungen am Ausgang C des Tiefpaß­ filters führen und diese nach Verstärkung in den weiteren Verstärkerstufen zu Fehlersignalen Anlaß geben. Die Dimensionierung des Tiefpaßfilters ist so gewählt, daß sich eine Grenzfrequenz von ca. 1,5 bis 1,6 Hz ergibt.

An den Ausgang des Operationsverstärkers OP 1 ist der Eingang eines gleich­ spannungsgekoppelten Bandpasses angeschlossen. Dieser weist einen weiteren Operationsverstärker OP 2 auf, dessen nicht invertierender Eingang über zwei in Serie geschaltete Widerstände R 11, R 12 mit dem Ausgang C verbunden und dessen Ausgang D einerseits über einen Widerstand R 13 und einen diesem parallel geschalteten Kondensator C 6 auf den invertierenden Eingang zurück­ gekoppelt und andererseits über zwei in Serie geschaltete Widerstände R 9 und R 10 an den Ausgang C angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R 9 und R 10 ist über eine Serienschaltung aus einem Widerstand R 14 und einem Kondensator C 5 an Masse gelegt. Die Dimensionierung ist derart, daß der Bandpaß Eckfrequenzen von ca. 0,5 Hz und 5 Hz, eine Gleich­ spannungsverstärkung von im wesentlichen gleich Eins und eine möglichst große Wechselspannungsverstärkung besitzt. Die Gleichspannungsverstärkung mit dem Faktor eins resultiert daraus, daß die Summen der Widerstände R 9, R 10 bzw. R 11, R 12 jeweils gleich sind und daher beide Eingänge des Operationsverstär­ kers OP 2 auf demselben Potential liegen.

Im Hinblick auf die Wechselspannung bilden R 14, C 5 und R 9 einen Tiefpaß, der ab der unteren Eckfrequenz von ca. 0,5 Hz dazu führt, daß ein Teil des dem invertierenden Eingang von OP 2 zugeführten Wechselspannungssignals zur Masse abfließt und daher die Verstärkungswikung von OP 2 zunehmend größer wird, bis sie bei ca. 1,5 Hz durch den Widerstand R 14 begrenzt wird. Die Kapazität des Kondensators C 6 legt dagegen die obere Eckfrequenz von ca. 5 Hz fest, ab der der Widerstand R 13 immer mehr kurzgeschlossen wird. Das aus dem Sensorsignal abgeleitete Signal am Ausgang D von OP 2 enthält daher eine Gleichspannungskomponente, der ein Wechselspannungssignal mit überwie­ gend Frequenzen zwischen 0,5 Hz und 5 Hz überlagert ist. Dem Operations­ verstärker OP 2 schließt sich eine weitere, ebenfalls gleichspannungsgekoppelte Verstärkerstufe mit einem Operationsverstärker OP 3 an, dessen nicht inver­ tierender Eingang am Ausgang D liegt. Der Ausgang E von OP 3 ist in üblicher Weise über zwei in Serie liegende Widerstände R 15 und R 14 a an Masse gelegt, wobei der Verbindungspunkt dieser Widerstände R 15, R 14 a zum invertierenden Eingang von OP 3 führt, so daß OP 3 wie OP 1 ein nicht invertierender Ver­ stärker ist. Gleichzeitig ist OP 3 als Bandpaß mit Eckfrequenzen von ca. 0,016 Hz und 1,6 Hz ausgebildet, indem dem Widerstand R 15 ein die obere Eckfrequenz festlegender Kondensator C 8 parallelgeschaltet und der invertierende Eingang von OP 3 über eine die untere Eckfrequenz bestimmende Serienschaltung aus C 7, R 16 an Masse gelegt ist.

Ein wesentlicher Unterschied der beiden die Operationsverstärker OP 2, OP 3 enthaltenden Verstärkerstufen besteht darin, daß sie unterschiedliche Verstär­ kungsfaktoren für die Gleichspannungskomponente besitzen. Während OP 2 im Ausführungsbeispiel eine Verstärkung von Eins bewirkt, ist der Verstärkungs­ faktor von OP 3 durch das Verhältnis der Widerstandswerte von R 15 zu R 14a auf einen Wert von ca. 1,05 eingestellt.

Das am Ausgang E des Operationsverstärkers OP 3 erscheinende und ebenfalls aus dem Sensorsignal abgeleitete Signal besitzt daher eine um den Faktor 1,05 größere Gleichspannungskomponente als der am Ausgang D von OP 2 erschei­ nende Signal. Außerdem ist der Gleichspannungskomponente am Ausgang E ein im Vergleich zum Wechselspannungssignal am Ausgang D nochmals verstärktes Wechselspannungssignal überlagert.

Um ohne Kondensatoren mit hohen Kapazitäten und ohne Gleichrichter die Erzeugung eines Schaltsignals ausreichender Größe für eine an den Infraschall­ detektor angeschlossene Logikschaltung zu ermöglichen, werden die beiden Signale an den Ausgängen D und E zur Definition einer Schaltschwelle benutzt. Hierzu sind die Pegel der beiden Signale so aufeinander abgestimmt, daß jeweils das eine Signal eine Schaltschwelle für das andere Signal bildet und ein Schaltsignal nur dann erzeugt wird, wenn das Wechselspannungssignal eines der Signale an D bzw. E größer wird, als der Schaltschwelle bzw. dem jeweils anderen Signal entspricht. Die Bildung dieses Schaltsignals erfolgt in einer Ausgangsstufe mit dem Ausgang F durch Vergleich der beiden D und E erschein­ enden Signale.

Im Ausführungsbeispiel enthält die Ausgangsstufe einen Subtrahierer mit einem den Ausgang F aufweisenden Operationsverstärker OP 4. Der Ausgang F ist über eine Serienschaltung aus Widerständen R 17, R 18 mit dem Ausgang E verbunden, wobei der Verbindungspunkt beider Widerstände R 17, R 18 am invertierenden Eingang von OP 4 liegt. Der nicht invertierende Eingang von OP 4 ist über einen Widerstand R 19 mit dem Ausgang D verbunden und außerdem über einen Wi­ derstand R 20 an Masse gelegt. Wie bei derartigen Subtrahierern üblich ist, sind die Verhältnisse von R 18 zu R 17 bzw. von R 20 zu R 19 identisch und gleich dem Verstärkungsfaktor des Subtrahierers für die Differenz der beiden Signale an D bzw. E. Der Operationsverstärker OP 4 bildet demnach eine Differenz in der Form a · (U _D -U _E ), wobei a der vom Verhältnis der Widerstände R 18 zu R 17 bzw. R 20 zu R 19 abhängige Verstärkungsfaktor ist. Das Ausgangssignal von OP 4 wird über einen Widerstand R 21, der zum Schutz des Ausgangs F vor et­ waigen Überlastungen durch nachfolgende Stufen dient, einer nicht dargestell­ ten, z.B. aus CMOS-Gattern aufgebauten logischen Auswertestufe zugeführt. Im Ausführungsbeispiel wird das Signal an D dem nicht invertierenden Eingang und das Signal an E dem invertierenden Eingang von OP 4 zugeführt, so daß gleich­ spannungsmäßig der invertierende Eingang stets auf einem größeren (positi­ veren) Potential als der nicht invertierende Eingang liegt. Da der Operations­ verstärker OP 4 wie OP 1 bis OP 3 unipolar betrieben, d.h. nur mit einer ein­ zigen (positiven) Betriebsspannung versorgt ist, ist eine Verstärkung der Diffe­ renz der Gleichspannungskomponenten beider Signale nicht möglich.

Im Hinblick auf die Wechselspannungssignale beider Signale gilt normalerweise dasselbe, weil sie den jeweiligen Gleichspannungskomponenten überlagert und daher durch sie beabstandet sind. Die Auslösung eines Schaltsignals ist aber immer dann möglich, wenn das Potential am invertierenden Eingang von OP 4 negativ im Vergleich zum Potential am nicht invertierenden Eingang von OP 4 wird. Dieser Fall tritt hier z.B. ein, wenn die Amplitude des mehr verstärkten Signals am Ausgang E momentan kleiner als die Amplitude des Signals am Ausgang D wird.

Die Einzelheiten des Aufbaus der die Operationsverstärker OP 1 bis OP 4 enthal­ tenen Schaltungen sind dem Fachmann allgemein bekannt und brauchen daher nicht näher erläutert werden (vgl. z.B. U. Tietze und Ch. Schenk in "Halb­ leiter-Schaltungstechnik", 6. Aufl. 1983, S. 122 ff. und insbesondere S. 132, 301 und 406).

Die Arbeitsweise des beschriebenen Infraschalldetektors ist wie folgt:
Nach Anlegen der Betriebsspannung an die aus Fig. 1 ersichtlichen Schaltungs­ punkte erscheint am Verbindungspunkt A der Widerstände R 1, R 2 ein Wech­ selspannungssignal mit dem angenähert aus Fig. 2 ersichtlichen Frequenzgang. Das Signal hat im Bereich zwischen ca. 20 Hz und 10 kHz eine vergleichsweise große Amplitude, weil übliche Mikrofone oder andere geeignete Sensoren Q 1 eine für den hörbaren Bereich des Schalls bestimmte Frequenzcharakteristik besitzen. Unterhalb von ca. 20 Hz fällt der Pegel des Wechselspannungssignals an A daher steil ab.

Am Knotenpunkt B zwischen R 3, R 4 und C 2 wirkt sich entsprechend Fig. 3 der Tiefpaß R 3, C 2 dahingehend aus, daß vorwiegend Frequenzen von ca. 1,5 Hz bis 20 Hz durchgelassen werden. Die Amplituden höherer Frequenzen werden zu­ nehmend abgeschwächt.

Mit dem Abgriff des Potentiometers R 4 wird ein Teil des an ihm liegenden Sensorsignals abgegriffen, um die Empfindlichkeit der Verstärkereinrichtung einzustellen. Ist eine geringe Empfindlichkeit erwünscht, wird der Schleifer oder Stufenschalter in Richtung des mit dem Spannungsregler IC 1 verbundenen An­ schlußes von R 4 verstellt. Dadurch ist einerseits der abgegriffene Teil des Gleichspannungssignals vergleichsweise groß, was eine hohe Schaltschwelle am Eingang der Ausgangsstufe (OP 4) zur Folge hat, und andererseits der abge­ griffene Teil des Wechselspannungssignals vergleichsweise klein, so daß nur hohe Spannungsspitzen einen Alarm auslösen können. Umgekehrt ergibt sich eine große Empfindlichkeit, wenn der Abgriff in Richtung des mit R 3 ver­ bundenen Anschlußes von R 4 verstellt wird. In diesem Fall ist der abgegriffene Teil des Gleichspannungssignals vergleichsweise klein, was eine kleine Schalt­ schwelle zur Folge hat, während gleichzeitig der Wechselspannungsanteil ver­ gleichsweise groß ist, da er praktisch alle an R 1 auftretenden Wechselspan­ nungssignale erfaßt.

Am Ausgang C des Tiefpaßfilters mit Bessel-Charakteristik steht ein Signal, dessen Frequenzgang angenähert in Fig. 4 gezeigt ist. Frequenzen ab ca. 1,5 Hz werden mit 40 dB pro Dekade gedämpft, so daß sich in Verbindung mit dem Tiefpaß R 3, C 2 eine Dämpfung um 60 dB pro Dekade ergibt. Am Ausgang C sind daher die im Vergleich zum hier interessierenden Infraschallsignal viel stärkeren Signale ab ca. 15 Hz schon so stark abgeschwächt, daß der Fre­ quenzbereich von ca. 15 Hz und 10 kHz, in dem der Sensor Q 1 eigentlich ar­ beiten soll, weitgehend ausgeblendet und stattdessen das Infraschallsignal ver­ gleichsweise stark angehoben ist. Gleichzeitig wird der Gleichspannungsanteil mit einem Verstärkungsfaktor von ca. 1,468 verstärkt.

Das am Ausgang D der nachfolgenden Verstärkerstufe erscheinende Signal besitzt etwa den aus Fig. 5 ersichtlichen Frequenzgang, der die Verstärkung von Signalen von Frequenzen von ca. 0,5 Hz bis 15 Hz bevorzugt. Das Gleich­ spannungssignal am Ausgang D entspricht dagegen im Ausführungsbeispiel dem Gleichspannungssignal am Ausgang C und besitzt daher beim Abgreifen von z.B. 5 V an R 4 einen Wert von 7,35 V bzw. beim Abgreifen von 3 V an R 4 einen Wert von 4,4 V. Die Wechselspannungssignale liegen bereits im Bereich von einigen hundert mV bis ca. 1 V.

Nach dieser zweiten Verstärkungsstufe verzweigt der Signalweg in der oben beschriebenen Weise, indem das Signal von D einerseits direkt dem nicht invertierenden Eingang von OP 4 und andererseits einer dritten, den Operations­ verstärker OP 3 enthaltenden Verstärkerstufe zugeführt wird. Dabei wirkt sich die dritte Verstärkerstufe entsprechend Fig. 6 dahingehend aus, daß vorwiegend Signale mit Frequenzen zwischen ca. 0,7 Hz und 1,6 Hz voll verstärkt werden.

Gleichzeitig wird das Gleichspannungssignal mit dem Faktor 1,05 verstärkt.

Die Signalformen der an den Ausgängen D und E erscheinenden Signale sind schematisch in Fig. 7 dargestellt, wobei angenommen ist, daß die Gleichspan­ nungskomponente am Ausgang D bei 7 V und daher die Gleichspannungskompo­ nente am Ausgang E bei 7,35 V liegt. Beim Fehlen von Wechselspannungssig­ nalen (linker Teil der Fig. 7) liegt der Ausgang F auf 0 V. Treten schwache Wechselspannungssignale auf, wie im mittleren Bereich der Fig. 7 gezeigt ist, so bleibt dieser Zustand erhalten, weil das Signal am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP 4 stets positiver als an seinem nicht invertie­ renden Eingang und daher kleiner bleibt, als der von den Signalen an D und E definierten Schaltschwelle entspricht. Wird dagegen entsprechend dem rechten Teil in Fig. 7 ein vergleichsweise starkes Wechselspannungssignal erzeugt, wie es in den hier interessierenden Fällen von Luftdruckschwankungen im Bereich von ca. 1 Hz der Fall ist, dann kann die Amplitude des Signals am Ausgang E momentan kleiner (negativer) als die Amplitude am Ausgang D und daher größer werden, als der Schaltschwelle entspricht (vgl. schraffierter Bereich in Fig. 7). Den Eingängen des Operationsverstärkers OP 4 wird daher jetzt eine Spannungsdifferenz mit der benötigten Polarität angeboten, so daß diese Diffe­ renz verstärkt wird. Am Ausgang F erscheint daher ein für die nachfolgende Auswertung ausreichend großes Schaltsignal, wobei die Aussteuerung bis zu ca. 10,5 V betragen kann.

Wird die angegebene Schaltschwelle als zu hoch angesehen, können die Gleich­ spannungskomponenten mittels R 4 beispielsweise auf 5 V an D und damit auf 5,2 V an E herabgesetzt werden. Da hierdurch gleichzeitig die abgegriffenen Wechselspannungsanteile vergrößert werden, ergibt sich eine niedrigere Schalt­ schwelle bei höherem Wechselspannungssignal. Aufgrund dieser zweifachen Wirkung des Potentiometers R 4 und der ständigen Mitführung der Gleichspan­ nungskomponente von R 4 bis zum Operationsverstärker OP 4 ist daher eine op­ timale Anpassung des Infraschalldetektors an unterschiedliche Betriebsbedin­ gungen möglich. Abgesehen davon kann die Größe der Schaltschwelle auch z.B. durch eine Änderung des Widerstands R 14 a verändert werden, da dieser zu­ sammen mit R 15 den Verstärkungsfaktor von OP 3 und damit den Abstand der beiden Gleichspannungskomponenten an den Ausgängen D und E bestimmt.

Zur Detektierung von Luftschwankungen mit Frequenzen um 1 Hz hat sich folgende Dimensionierung des beschriebenen Infraschalldetektors als am besten erwiesen:

IC 1 7805 5 V Spannungsregeler
OP 1 - OP 4 LM 324

R 1 3,3 k
R 2 4,7 k
R 3 10 k
R 4 22 k
R 5 47 k
R 6 47 k
R 7 22 k
R 8 47 k
R 9 10 k
R 10 10 k
R 11 20 k
R 12 10 k
R 13 1 M
R 14 3,3 k
R 14 a 2,2 M
R 15 100 k
R 16 1 k
R 17 100 k
R 18 220 k
R 19 100 k
R 20 220 k
R 21 2,2 k
C 1 1 F
C 2 10 F
C 3 2,2 F
C 4 2,2 F
C 5 33 F
C 6 0,033 F
C 7 100 F
C 8 2,2 F

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das sich auf vielfache Weise abwandeln läßt. Hinsichtlich der Dimensionierung sind zahlreiche Abwandlungen insbesondere im Hinblick auf den gewünschten Anwendungszweck möglich. Dabei ist vor allem zu beachten, daß die zu detek­ tierenden Frequenzen zunehmen (abnehmen), wenn die zu überwachenden Räume kleiner (größer) werden, und bei einem PKW beispielsweise bis ca. 2,5 Hz betragen können. Weiterhin könnten die verschiedenen Verstärkerstufen anders aufgebaut und dimensioniert werden, wobei die beschriebenen Verstärkerstufen allerdings den Vorteil mit sich bringen, daß keine Übersteuerungen auftreten, selbst wenn die verstärkten Wechselspannungssignale vergleichsweise groß werden, und daß die Lage der Eckpunkte der Bandpässe mit OP 2 und OP 3 und die Lage der Grenzfrequenzen des Tiefpasses R 3, C 2 und des Tiefpaßfilters mit OP 1 eine vergleichsweise kurze Einschwingzeit bei der Inbetriebnahme des In­ fraschalldetektors gewährleisten. Schließlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene Art der Bildung der Schaltschwelle beschränkt. Es wäre bei­ spielsweise möglich, am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP 4 mittels eines ggf. veränderbaren Widerstandes eine Schaltschwelle mit Hilfe einer separat erzeugten, z.B. von der Betriebsspannung abgeleiteten Gleich­ spannung zu definieren und das Ausgangssignals des Operationsverstärkers OP 3 dem nicht invertierenden Eingang von OP 4 zuzuführen. Demgegenüber bringt die Schaltschwellenbildung nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel aller­ dings den Vorteil mit sich, daß eine Veränderung des Abgriffs an R 4 die Schaltschwelle in zweifacher Hinsicht beeinflußt und daher eine flexiblere An­ passung an die Umstände des Einzelfalls ermöglicht. Abgesehen davon könnten die beschriebenen Schaltungen natürlich auch entsprechend mit einer negativen Betriebsspannung betrieben werden. Daher ist die Ausgangsstufe je nach Ein­ zelfall so auszubilden, daß das Schaltsignal nur erscheint, wenn die Amplitude des einen Wechselspannungssignals größer wird, als dem zweiten Signal ent­ spricht, d.h. wenn die Amplitude des Wechselspannungssignals des jeweils einen Signals nach Vorzeichen und Richtung so groß wird, daß die zugehörige Ampli­ tude des jeweils anderen Signals entsprechend dem in Fig. 7 schraffierten Bereich über- bzw. unterschritten wird.

Claims (7)

1. Infraschalldetektor zur Überwachung eines Raums mit einem Sensor zur Um­ wandlung von im Raum auftretenden Druckschwankungen in ein elektrisches Sensorsignal, das aus einem Gleichspannungssignal und einem diesem über­ lagerten, von den Druckschwankungen abhängigen Wechselspannungssignal be­ steht, mit einer Verstärkereinrichtung zur frequenzselektiven Verstärkung des Sensorsignals und mit einer Ausgangsstufe zur Abgabe eines Schaltsignals, wenn das verstärkte Wechselspannungssignal eine vorgewählte Schaltschwelle über­ schreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkereinrichtung aus ausschließ­ lich gleichspannungsgekoppelten Verstärkerstufen aufgebaut ist, so daß an ihrem Ausgang (E) ein aus dem Sensorsignal abgeleitetes erstes Signal erscheint, das aus einer ersten Gleichspannungskomponente und einem dieser überlagerten ersten Wechselspannungssignal besteht, daß die Schaltschwelle durch das erste Signal und ein zweites Signal mit einer im Vergleich zum ersten Signal unter­ schiedlich großen zweiten Gleichspannungskomponente definiert ist und daß die Ausgangsstufe so ausgebildet ist, daß das Schaltsignal nur erscheint, wenn die Amplitude des ersten Wechselspannungssignals größer wird, als dem zweiten Signal entspricht.

2. Infraschalldetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ stärkereinrichtung einen zweiten Ausgang (D) aufweist, an dem das zweite Signal erscheint, und daß das zweite Signal ein ebenfalls aus dem Sensorsignal geleitetes, aber im Vergleich zum ersten Signal mit einem unterschiedlichen Verstärkungsfaktor verstärktes Signal ist, das die zweite Gleichspannungskom­ ponente liefert und ein dieser überlagertes zweites Wechselspannungssignal enthält.

3. Infraschalldetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufe einen Subtrahierer enthält.

4. Infraschalldetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sub­ trahierer aus einem unipolar gespeisten Operationsverstärker (OP 4) mit zwei Eingängen besteht, die mit den beiden Ausgängen (D, E) so verbunden sind, daß nur die Differenz der beiden Wechselspannungssignale verstärkbar ist, und dies auch nur dann, wenn diese Differenz eine vorgegebene Polarität besitzt.

5. Infraschalldetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verstärkereinrichtung ein Tiefpaßfilter dritter Ordnung mit Bes­ sel-Charakteristik aufweist.

6. Infraschalldetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Verstärkerstufen als Bandpaßfilter mit Eckfrequenzen bis ca. 10 Hz ausgebildet sind.

7. Infraschalldetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen den Sensor (Q 1) und die Verstärkereinrichtung eine Schal­ tungsanordnung geschaltet ist, die einen Arbeitswiderstand (R 1) aufweist, an dem das von den Druckschwankungen abhängige Wechselspannungssignal des Sensorsignals auftritt und an den eine unterhalb der Betriebsspannung der Ver­ stärkereinrichtung liegende, das Gleichspannungssignal des Sensorsignals lie­ fernde Hilfsspannung angeschlossen ist, und daß dem Arbeitswiderstand (R 1) ein Potentiometer (R 4) zur Abgabe eines vorwählbaren Teils des Sensorsignals parallel geschaltet ist.