DE4234520C2 - Tragbare, auf eine Bewegung ansprechende Vorrichtung - Google Patents
Tragbare, auf eine Bewegung ansprechende VorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine tragbare Vorrichtung mit einem
Sensorschalter, der auf eine Bewegungsänderung anspricht, und
insbesondere eine tragbare Vorrichtung zur Lieferung eines
Alarmsignals bei einer von einem Eindringling oder Dieb ver
ursachten Störung.
Viele Gebäude sind mit Alarmsystemen ausgerüstet, die mit
verschiedenen Arten von Sensorschaltern die Anwesenheit von
Eindringlingen erfassen. Einfache Sensorschalter umfassen
Ein-Aus-Schalter, die beispielsweise mit einer Tür oder einem
Fenster in einem Gebäude verbunden sind. Wenn ein Eindring
ling die Tür oder das Fenster öffnet, wird der Schalter aus
geschaltet, woraufhin ein Alarm ertönt. Leider erfordert
diese Art von Sicherheitssystem einen großen Verdrahtungsauf
wand im Gebäude zwischen den Fenstern und den Türen zum
Alarmgeber, und darüber hinaus ertönt der Alarm erst, nachdem
in die Tür oder das Fenster eingebrochen wurde. Es gibt auch
hochentwickelte Sicherheitssysteme, die akustische Detektoren
als Sensorschalter verwenden. Der akustische Detektor erfaßt
innerhalb des Raums erzeugte Schallwellen. Wenn ein Eindring
ling in den Raum eintritt, stellt der Detektor eine Frequenz
verschiebung der empfangenen Schallwellen aufgrund des Dopp
lereffekts fest und verursacht, wenn eine solche Frequenzver
schiebung festgestellt wird, daß ein Alarm ertönt. Es gibt
ähnliche Systeme, die Infrarotdetektoren anstelle der akusti
schen Detektoren verwenden. Diese Systeme leiden an den Nach
teilen, daß sie relativ komplex sind und ebenfalls erst akti
viert werden, nachdem ein Eindringling in den Raum eingedrun
gen ist.
Es wurden elektronische Vorrichtungen vorgeschlagen, die die
oben erwähnten Probleme in gewissem Maß beseitigen, indem sie
einen Alarm ertönen lassen, bevor ein Eindringling in den
Raum eingedrungen ist. Auch eine tragbare elektronische Vor
richtung, die feststellen kann, ob ein Eindringling versucht
eine Tür zu öffnen, bevor die Tür tatsächlich geöffnet wurde,
ist vorgeschlagen worden. Diese Vorrichtung umfaßt eine
schleifenförmige Antenne, die auf einem Türknopf der Tür an
geordnet wird, und eine an die Antenne angeschlossene elek
tronische Schaltung, die auf Änderungen der von der Antenne
gebildeten Schaltung reagiert, welche auf der kapazitiven
Kopplung zwischen der Antenne und mit dem Türknopf in Kontakt
stehenden Objekten beruhen. Wenn ein Eindringling versucht,
den Türknopf zu drehen, stellt die elektronische Schaltung
eine Änderung der kapazitiven Kopplung fest und verursacht
einen Alarmton, bevor die Tür geöffnet wird. Leider ist diese
Vorrichtung immer noch relativ komplex, und damit sie zuver
lässig arbeitet, muß sie sicher an der Tür montiert werden,
indem die Antenne fest um den Türknopf befestigt wird oder an
dem Türknopf mit einem Klettenverschluß oder einem Saugnapf
fixiert wird. Obwohl diese Vorrichtung also tragbar ist
eignet sie sich tatsächlich nur als Sicherheitsvorrichtung
gegen potentielle Eindringlinge in einen Raum.
Aus der US 5,027,105 ist eine tragbare, auf eine Bewegung
ansprechende Vorrichtung mit einer Stromversorgung, einem
Sensorschalter und einer elektronischen Schalteinrichtung,
die ansprechend auf den Sensorschalter einen Ausgangswandler
aktiviert, bekannt. Wenn sich die Vorrichtung in Ruhe befin
det, stellt der Sensorschalter einen niedrigen Widerstand für
Strom von der Stromquelle dar, während, wenn die Vorrichtung
aus ihrer Ruhe gestört wird, der Sensorschalter umgeschaltet
wird, um für den Strom einen erhöhten Widerstand darzustel
len. Die elektronische Schalteinrichtung aktiviert aufgrund
des erhöhten Widerstands den Ausgangswandler. Die elektroni
sche Schalteinrichtung enthält ein aus zwei NAND-Gliedern
aufgebautes Flipflop. Wenn die scharfgeschaltete Vorrichtung
eine den Sensorschalter in den Zustand des höheren Wider
stands bringende Bewegung erfährt, wird das Flipflop aus
einem inaktiven Zustand in einen aktiven Zustand geschaltet,
der auch dann erhalten bleibt, wenn der Sensorschalter danach
wieder in seinen Zustand niedrigen Widerstands zurückkehrt.
Das Ausgangssignal des Flipflops im aktiven Zustand gelangt
über eine Signalverzögerungsschaltung, deren Ausgangsstufe
wiederum ein NAND-Glied ist, an die Basis des Schalttransi
stors, der dann eingeschaltet wird und den Stromkreis für
einen Alarmgeber schließt.
Aus der US 4,011,555 ist eine Alarmeinrichtung für Rundfunk-
und Fernsehgeräte bekannt, die bei Herausziehen des Netz
steckers des Geräts aus einer Steckdose Alarm gibt. Die
bekannte Einrichtung enthält einen Alarmton-Oszillator, der
im Alarmfall aktiviert wird und aus einem NAND-Glied, einem
Transistor und einem Ausgangsübertrager aufgebaut ist. Zur
Erzielung der zum Schwingen erforderlichen Rückkopplung ist
die Primärwicklung des Ausgangsübertragers mit einer Anzap
fung versehen, die mit einem Eingang des NAND-Glieds verbun
den ist. Solange das Gerät mit dem Netz verbunden ist, wird
ein den Alarmton-Oszillator mit einer Batterie verbindender
Thyristor im Sperrzustand gehalten. Sobald die Trennung vom
Netz erfolgt, wird der Thyristor gezündet und legt den Alarm
ton-Oszillator an die Batterie, so daß Alarm gegeben wird.
Aufgrund der einem Thyristor eigenen bistabilen Funktion
bleibt dieser Zustand erhalten, selbst wenn der Netzstecker
kurz darauf wieder eingesteckt wird. Zur Rückstellung der
Einrichtung dient ein Rückstellschalter.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen,
die einfach aufgebaut ist und zuverlässig ein Alarmsignal
abgibt, wenn der Sensorschalter eine Bewegung feststellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen gekennzeichnet.
Da solch eine tragbare Vorrichtung nur auf Bewegungsänderun
gen anspricht, kann sie beispielsweise in einer Tasche, die
vor Diebstahl zu schützende Wertsachen enthält, gelassen wer
den; sie wird nicht durch die Anwesenheit in der Nähe befind
licher Leute aktiviert, solange diese die Tasche nicht tat
sächlich bewegen oder in einer solchen Weise auf sie Einfluß
nehmen, daß die Vorrichtung bewegt wird. Diese Vorrichtung
eignet sich gleichermaßen dazu, an einen Türknopf innerhalb
eines Raums, etwa eines Hotelzimmers, gehängt zu werden, um
so die Anwesenheit eines Eindringlings festzustellen, der
versucht die Tür zu öffnen, und zwar aufgrund der dabei er
zeugten und die Vorrichtung bewegenden Vibrationen.
Der Ausgangswandler einer solchen Vorrichtung ist vorzugs
weise eine Alarmeinrichtung, die ein lautes Tonsignal er
zeugt, wenn die Vorrichtung aus ihrem ruhenden Zustand ge
bracht wird.
Leichteste Bewegungen der Vorrichtung reichen aus, den Alarm
auszulösen, und der Alarm tönt weiter, selbst wenn die Vor
richtung sofort wieder in den ruhenden Zustand kommt.
Der Schmitt-Trigger weist vorzugsweise einen zweiten Eingang
auf, an den ein Kondensator angeschlossen ist. Der Kondensa
tor ist normalerweise aufgeladen, um den zweiten Eingang auf
einem festen Logikpegel zu halten. Über einen Widerstand ist
der zweite Eingang an den Ausgang des Schmitt-Triggers ange
schlossen, so daß der Ausgangspegel des Schmitt-Triggers nor
malerweise die Endladung des Kondensators verhindert. Wenn
die Vorrichtung jedoch gestört wird und sich der Ausgangspe
gel ändert, um den Schalttransistor zu schalten, kann sich
der Kondensator über den Widerstand entladen, so daß, wenn der
Kondensator im wesentlichen entladen ist, sich der Logikpegel
an dem zweiten Eingang des Schmitt-Triggers ändert und das
Ausgangssignal des Schmitt-Triggers dadurch einen Logikpegel
wieder annimmt, durch den Schalttransistor in einen Zustand
geschaltet wird, in welchem der Ausgangswandler nicht akti
viert ist. Solch eine Schmitt-Triggeranordnung mit zwei Ein
gängen kann sich selbst zurücksetzen, so daß nicht konti
nuierlich ein Alarm ertönt und die Stromquelle nicht unnötig
belastet wird.
Die von dem Widerstand und dem Kondensator gebildete Zeitkon
stante beträgt vorzugsweise etwa zwanzig Sekunden, so daß der
Ausgangswandler für eine Dauer von zwanzig Sekunden aktiviert
werden kann, nachdem die Vorrichtung gestört wurde. Wenn die
Vorrichtung jedoch mit einem vom Benutzer zu betätigenden
Ein/Aus-Schalter zum Scharfstellen versehen wird, kann man
durch manuelle Betätigung dieses Ein/Aus-Schalters den Alarm
vor Ablauf der zwanzig Sekunden abschalten.
Vorzugsweise ist der zweite Eingang des Schmitt-Triggers über
einen zweiten Widerstand mit dem positiven Anschluß der
Stromquelle verbunden, während ein zweiter Kondensator zwi
schen den zweiten Widerstand und den zweiten Eingang einer
seits und den negativen Anschluß der Stromversorgung geschal
tet ist. Der zweite Kondensator wird beim Einschalten der
Stromversorgung nicht sofort aufgeladen, so daß das Ausgangs
signal des Schmitt-Triggers nicht sofort von der Stellung des
Sensorschalters beeinflußt wird. Die Vorrichtung kann deshalb
von einem Benutzer eingestellt werden, und es ertönt dennoch
nicht sofort ein Alarm, obwohl der Benutzer die Vorrichtung
beim Einstellen bewegt.
Vorzugsweise wird der erstgenannte Kondensator vom Ausgangs
signal des Schmitt-Triggers über einen dritten Widerstand und
eine Diode geladen, wobei die Zeitkonstante aus dem Kondensa
tor und dem dritten Widerstand geringer ist als die durch den
Kondensator und den zweiten Widerstand eingestellte Zeitkon
stante. Da sich der Kondensator relativ schnell auflädt,
stellt er sicher, daß der Schalttransistor nicht den Alarm
auslöst.
Vorzugsweise ergeben der zweite Widerstand und der zweite
Kondensator eine Zeitkonstante von etwa zehn Sekunden, so daß
die Vorrichtung während etwa zehn Sekunden nach Einschalten
der Stromversorgung nicht auf Bewegungsänderungen anspricht.
Ein Eingang eines zweiten Schmitt-Triggers ist mit dem zwei
ten Kondensator verbunden, und der Ausgang des zweiten
Schmitt-Triggers ist an eine LED angeschaltet, so daß die LED
während der zehn Sekunden, während welcher der zweite Konden
sator geladen wird, angeschaltet wird. Die Vorrichtung kann
deshalb für etwa zehn Sekunden, nachdem die Stromversorgung
eingeschaltet wurde und die Vorrichtung dadurch eingestellt
wurde, bewegt werden. Dies ist genügend Zeit, um die Vorrich
tung beispielsweise an einem Türgriff zu befestigen oder sie
in das Innere einer Tasche zu stecken. Die aufleuchtende LED
zeigt dem Benutzer an, daß kein Alarm ertönen wird. Wenn je
doch der Benutzer die Vorrichtung berührt, nachdem die LED
einmal ausgegangen ist, wird ein Alarm ertönen, sofern der
Benutzer nicht die Stromversorgung ausschaltet.
Eine solche Vorrichtung kann mittels einer Standard 9 Volt
Batterie betrieben werden, die relativ leicht und überall er
hältlich ist.
Eine tragbare Vorrichtung wie etwa eine tragbare Sicherheits
alarmeinrichtung mit einem auf eine Bewegungsänderung anspre
chenden Sensorschalter ist vorzugsweise leicht, kompakt und
haltbar. Notwendigerweise muß daher auch der Sensorschalter
leicht, kompakt und haltbar sein. Er muß es aushalten, herum
bewegt zu werden und muß außerdem zuverlässig rückstellbar
sein. Idealerweise sollte solch ein Sensorschalter eine mini
male Anzahl von Teilen umfassen, billig herzustellen und
leicht aufzubauen sein. Solch ein Schalter sollte wenig be
wegliche Teile enthalten, und jegliche vorhandenen bewegli
chen Teile sollten sich nicht abnutzen. Dessenungeachtet
sollten die beweglichen Teile auf eine Bewegungsänderung
stark ansprechen, so daß ein empfindlicher Sensorschalter
gebildet werden kann.
Vorzugsweise umfaßt der Sensorschalter zwei voneinander beab
standete elektrische Kontakte, von denen jeder eine Ausneh
mung aufweist, und einen leitenden Preßbolzen, der in den
Ausnehmungen ruht, wenn der Sensorschalter in Ruhe ist, um
einen kontinuierlichen elektrisch leitenden Pfad zwischen den
elektrischen Kontakten herzustellen. Wenn der Sensorschalter
einer Bewegungsänderung ausgesetzt wird, verläßt der Preßbol
zen die Ruheposition, so daß der leitende Pfad zwischen den
elektrischen Kontakten unterbrochen wird. Wenn die Bewegung
des Sensorschalters aufhört und der Preßbolzen wieder in den
Ausnehmungen ruht, wird der leitende Pfad wieder hergestellt.
Die elektrischen Kontakte werden von einem isolierenden Ele
ment getragen und voneinander isoliert, welches die Form
eines Rohrabschnitts aus elastischem isolierendem Material,
etwa Kunststoff, hat und über Schulterteile an den elektri
schen Kontakten greift.
Solch ein Sensorschalter kann sehr einfach sein, robust im
Aufbau und nur aus drei Grundteilen gebildet werden.
Vorzugsweise hat die Kammer eine zylindrische Form, und die
elektrischen Kontakte verschließen die offenen Enden der
zylindrischen Kammer nach Art von Kappen.
Vorteilhafterweise liegen die beiden Ausnehmungen einander
gegenüber und bilden ein Volumen, das größer ist als das von
dem Preßbolzen eingenommene, und der Preßbolzen ist länglich
ausgebildet und liegt in diesem Volumen. Die Kappen und der
Preßbolzen können aus irgendeinem leitenden Material, bei
spielsweise Kupfer hergestellt werden.
Vorzugsweise enthält jeder Kontakt eine elastische Haarbefe
stigung, mit der der Sensorschalter an einem beweglichen
Objekt montiert werden kann. Ein auf elastischen Haarbefesti
gungen befestigter Sensorschalter ist sehr bewegungsempfind
lich, da Schwingungen über die Länge des Haars multipliziert
werden.
Vorzugsweise bildet jedes elastische Haar eine Anschlußlei
tung für den elektrischen Stromfluß zum jeweiligen Kontakt.
Die elastischen Haare sind damit sowohl Teil des Sensormecha
nismus als auch elektrisches Verbindungsmittel, durch das
Strom durch den Sensorschalter geführt wird.
Eine einen solchen Sensorschalter enthaltende tragbare Vor
richtung kann extrem kompakt ausgebildet werden, da die Kam
mer des Sensorschalters in einer Größe von annähernd 10 mm
Länge und 8 mm Breite hergestellt werden kann. Bei den mei
sten Anwendungen kann der Sensorschalter direkt an einer lei
tenden Montageplatte befestigt werden und braucht nicht an
elastischen Haaren montiert zu werden. Eine elastische Haar
befestigung braucht nur zum Aufbau höchst empfindlicher Vor
richtungen eingesetzt zu werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter
Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Sensorschalters zur
Verwendung in einer tragbaren, bewegungsempfindlichen
Vorrichtung zeigt,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Sensorschalters längs der
Linie A-A in Fig. 1 ist,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer tragbaren, bewe
gungsempfindlichen Vorrichtung ist und
Fig. 4 ein Schaltdiagramm einer Ausführungsform einer tragba
ren, bewegungsempfindlichen Vorrichtung zeigt.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bewegungsemp
findlichen Sensorschalters 42, der eine zylindrisch geformte
Kammer 1 enthält, die aus einem Rohrstück aus Kunststoff oder
einem anderen elastischen, isolierenden Material besteht.
Elektrisch leitende Kappen verschließen die Enden der zylin
drischen Kammer 1 und werden durch die von dem elastischen
Rohrstück erzeugten Druckkräfte gehalten. Die Kappen bilden
elektrische Kontakte 2, die mit dem positiven und dem negati
ven Anschluß einer Stromversorgung verbunden werden können.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ruht der Sensorschalter auf einer Mon
tageplatte 4 und ist mit dieser elektrisch über Drähte 3 ver
bunden, die jeweils an die elektrischen Kontakte 2 angelötet
sind. Die Art der Herstellung der elektrischen Verbindung
zwischen den elektrischen Kontakten zur Erzielung der Schal
terfunktion wird aus Fig. 2 verständlicher.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist jeder elektrische Kontakt 2 eine
Kappe, die in ein Ende der Kammer 1 eingesteckt ist. Eine
kreisförmige Wand 6 verläuft nahe der Grenze der Innenfläche
jedes elektrischen Kontakts 2 und bildet eine Schulter, die
innerhalb der Kammer 1 liegt. Das elastische Rohrstück der
Kammer 1 ergreift diese kreisförmigen Wände 6 in fester
Weise, so daß die elektrischen Kontakte 2 sicher an der Kam
mer 1 fixiert sind. Innerhalb jeder kreisförmigen Wand 6 ist
eine Ausnehmung 7 ausgebildet. Ein langgestreckter Preßbolzen
8 aus einem Metall wie Kupfer oder einem anderen leitenden
Material befindet sich innerhalb der Kammer 1 und ruht auf
den Innenflächen der Ausnehmungen 7. Der Preßbolzen 8 stellt
eine elektrische Brücke zwischen den beiden elektrischen Kon
takten 2 dar. Wenn der Sensorschalter gestört wird, wird der
Preßbolzen 8 aus dem Kontakt mit einem oder beiden Ausnehmun
gen 7 angehoben und die elektrische Brücke zwischen den bei
den Kontakten 2 dadurch unterbrochen, bis der Preßbolzen 8
wieder in Kontakt mit den beiden Ausnehmungen 7 kommt. Die
Kammer 1, die elektrischen Kontakte 2 und der Preßbolzen 8
bilden auf diese Weise einen bewegungsempfindlichen Sensor
schalter. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Preßbolzen 8
innerhalb eines schraffierten Volumens eingeschlossen, das
von den Ausnehmungen 7 und dem freien Raum zwischen ihnen ge
bildet wird. Obwohl sich der Preßbolzen 8 innerhalb dieses
Volumens bewegen kann und auf diese Weise eine Brücke zwi
schen den beiden elektrischen Kontakten 2 hergestellt und un
terbrochen werden kann, sind Größe und Form des Preßbolzens 8
derart, daß unabhängig von der jeweiligen Ruheposition des
Sensorschalters immer eine elektrische Verbindung zwischen
den beiden Kontakten 2 hergestellt wird.
In Fig. 2 sind haarähnliche Drähte 3′ an die Außenflächen der
elektrischen Kontakte 2 angelötet. Die freien Enden der
Drähte 3′ können beispielsweise an einer Montageplatte befe
stigt werden und mit Strom von der Stromquelle versorgt wer
den. Die Empfindlichkeit des Sensorschalters gegenüber Bewe
gungen steigt, wenn lange haarähnliche Drähte 3′ verwendet
werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung besaß der
Sensorschalter beispielsweise eine Länge von 10 mm und eine
Breite von 8 mm und bildete einen sehr empfindlichen Schalter
mit haarähnlichen Drähten einer Länge 15 mm. Für die meisten
Zwecke kann jedoch ein empfindlicher Sensorschalter gebildet
werden, ohne daß es nötig wäre, lange haarähnliche Drähte 3′
zu seinem Anschluß an eine Stromquelle einzusetzen.
Fig. 3 zeigt eine tragbare, bewegungsempfindliche Vorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung
umfaßt ein Gehäuse 10, einen Audiowandler 12, eine Leucht
diode (LED) 14, ein Zugband 16 und die zugehörige Schaltungs
anordnung (siehe Fig. 4). Die Vorrichtung wird von einer in
ternen 9 Volt Batterie 18 gespeist und ist auf diese Weise
leicht tragbar. Die Vorrichtung wird dadurch eingeschaltet,
daß das Zugband 16 nach oben gezogen wird. Dies bringt einen
Schalter 20 innerhalb des Gehäuses 10 in eine "Ein"-Stellung,
und die 9 Volt von der Batterie 18 werden an die elektrische
Schaltung angelegt. Die LED 14 leuchtet auf und zeigt an, daß
die Vorrichtung aktiviert wurde, aber noch nicht scharf ist.
Da das Zugband 16 in Form einer Schlaufe ausgebildet ist,
kann sie um ortsfeste Teile, etwa Türknöpfe oder Handgriffe
gehängt werden. Nach etwa 10 Sekunden erlischt die LED 14.
Dies zeigt an, daß die Vorrichtung scharf ist und daß, sollte
sie in irgend einer Weise physisch gestört werden, der Alarm
durch Aktivierung des Audiowandlers 12 ertönen wird. Wenn die
Vorrichtung beispielsweise mittels des Zugbands 16 an einem
Türknopf montiert wird, wird jeder Versuch eines Eindring
lings (oder irgendeiner anderen Person) den Türknopf zu bewe
gen, von dem Sensorschalter 42, der innerhalb der Vorrichtung
montiert ist, erfaßt und der Audiowandler 12 wird ertönen.
Die Funktionsweise der in Fig. 3 gezeigten tragbaren Vorrich
tung wird im einzelnen in bezug auf das in Fig. 4 gezeigte
Schaltbild erläutert. Wenn der Handschalter 20 in die "Ein"-
Stellung gebracht wird, werden von der Batterie 18 9 Volt an
die gesamte Schaltung angelegt. Ein elektrischer Strom fließt
durch einen Widerstand 22 und beginnt einen Kondensator 24
aufzuladen. Zunächst ist die Spannung an einem Punkt A der
Schaltung relativ niedrig, so daß die beiden Eingänge eines
Schmitt-Trigger-NAND-Glieds 26 auf "L" liegen, das heißt
einem niedrigen Logikwert. Daher liegt der Ausgang des
Schmitt-Trigger-NAND-Glieds 26 auf "H", also einem hohen
Logikwert, so daß eine LED 28 aufleuchtet. Die von dem Wider
stand 22 und dem Kondensator 24 gebildete Zeitkonstante beträgt annä
hernd 10 Sekunden. Nach 10 Sekunden liegt am Punkt A eine
relativ hohe Spannung an, so daß an den beiden Eingängen des
NAND-Glieds 26 "H" liegt und der Ausgang des NAND-Glieds 26
auf "L" wechselt, so daß die LED 28 ausgeht. Wenn der Schal
ter 20 eingeschaltet wird, liegt außerdem der Ausgang eines
Schmitt-Trigger-NAND-Glieds 30 auf "H" und lädt einen Konden
sator 32 über einen Widerstand 34 und eine Diode 36. Das Aus
gangssignal des NAND-Glieds 30 gelangt ferner zur Basis eines
Transistors 38, und der zunächst herrschende "H"-Zustand vom
Ausgang des NAND-Glieds 30 an der Basis des Transistors 38
stellt sicher, daß die Kollektor-Emitter-Strecke des Transi
stors 38 gesperrt ist, obwohl der Emitter des Transistors 38
an den positiven Anschluß der Batterie 18 angeschlossen ist.
Die 9 Volt von der Batterie 18 liegen auch über der Reihen
schaltung aus einem Widerstand 40 und dem Sensorschalter 42.
Der Sensorschalter 42 ist normalerweise geschlossen, wenn
sich die Vorrichtung in Ruhe befindet, und stellt dann einen
relativ niedrigen Widerstand für den elektrischen Stromfluß
dar. Sollte die Vorrichtung jedoch bewegt werden, öffnet sich
der Sensorschalter 42 und stellt dann einen hohen Widerstand
dar. Wenn die Vorrichtung in Ruhe ist, liegt deshalb der
Punkt B der Schaltung an einer relativ niedrigen Spannung,
während, wenn die Vorrichtung bewegt wird und sich der Sen
sorschalter 42 öffnet, die Spannung am Punkt B auf einen
hohen Wert (annähernd 8 Volt) steigt. Der Punkt B ist über
einen Kondensator 45 und eine Diode 47 an einen Eingang 30b
des NAND-Glieds 30 angeschlossen. Wenn sich der andere Ein
gang 30a des NAND-Glieds 30 auf "H" befindet, repräsentiert
der Logikwert am Eingang 30b den Ausgangszustand der Vorrich
tung. Der Ausgang des NAND-Glieds 30 gelangt auf "L" nur
dann, wenn seine beiden Eingänge auf "H" liegen, das heißt
die Eingänge 30a und 30b müssen auf "H" sein. Der Eingang 30a
wird annähernd auf derselben Spannung gehalten, wie sie am
Punkt A anliegt, und, da diese während der ersten 10 Sekunden
nach Einschalten des Schalters 20 niedrig ist, wird das NAND-
Glied 30 von Änderungen des Potentials am Punkt B, die von
Bewegungen der Vorrichtung herrühren, nicht beeinflußt. Nach
10 Sekunden jedoch, wenn der Kondensator 24 aufgeladen ist
und sich der Punkt A auf "H" befindet, liegt auch am Ein
gangsanschluß 30a "H", so daß der Ausgang des NAND-Glieds 30
nur solange auf "H" bleibt, wie der Sensorschalter 42 ge
schlossen ist, die Vorrichtung also ungestört ist. Die Kapa
zität des Kondensators 45 ist relativ klein, so daß das NAND-
Glied 30 im wesentlichen unverzögert auf Potentialänderungen
an Punkt B anspricht.
Nachdem also der Schalter 20 eingeschaltet wurde und die Bat
terie 18 den Kondensator 24 nach etwa 10 Sekunden voll gela
den hat, erlischt die LED 28, und die Vorrichtung ist scharf
gestellt und bereit, durch eine eine Unterbrechung des Sen
sorschalters 42 hervorrufende Bewegung ausgelöst zu werden.
Wenn der Schalter 42 geöffnet wird und der Punkt B auf "H"
gelangt, stellt sich am Ausgang des NAND-Glieds 30 "L" ein,
und das Potential an der Basis des Transistors 38 fällt, wo
durch ein leitender Zustand zwischen Emitter und Kollektor
hergestellt wird. Ein Schaltungspunkt C, der sich vorher auf
niedriger Spannung befand, erhält eine relativ hohe Spannung.
Ein Eingang 44a eines Schmitt-Trigger-NAND-Glieds 44 und ein
Eingang 46a eines Schmitt-Trigger-NAND-Glieds 46 gelangen
beide auf "H". Der andere Eingang 44b des NAND-Glieds 44 be
findet sich auf "L", so daß der Ausgang des NAND-Glieds 44
zunächst auf "H" ist. Der Ausgang des NAND-Glieds 44 ist je
doch über einen Widerstand 48 auf den Eingang 44b rückgekop
pelt, so daß der Eingang 44b ebenfalls "H" wird und der Aus
gang des NAND-Glieds 44 zu "L" wechselt. Der Logikwert "L" am
Ausgang des NAND-Glieds 44 wird erneut auf den Eingang 44b
rückgekoppelt, so daß am Ausgang des NAND-Glieds 44 Schwin
gungen entstehen. Die Frequenz dieser Schwingungen wird von
dem Widerstand 48 und einem Kondensator 50 bestimmt und liegt
bei etwa 1 Hz. Schwingungen treten auch am Ausgang des NAND-
Glieds 46 auf, dessen Ausgang über einen Widerstand 52 auf
seinen anderen Eingang 46b rückgekoppelt ist. Die Frequenz
der Schwingungen am Ausgang des NAND-Glieds 46 wird von dem
Widerstand 52 und einem Kondensator 54 bestimmt. Die Frequenz
liegt etwa 2,5 kHz, also im Audiofrequenzbereich. Die NAND-
Glieder 44 und 46 bilden einen getasteten Oszillator für
einen Audiofrequenzlautsprecher 56, da das Ausgangssignal des
NAND-Glieds 44 an den Eingang 46b des NAND-Glieds 46 geführt
wird, so daß die audiofrequenten Schwingungen vom NAND-Glied 46
vom NAND-Glied 44 ein- und ausgetastet werden. Das Schwin
gungsausgangssignal vom NAND-Glied 46 wird an die Basis eines
Treibertransistors 58 angelegt. Die Basis des Treibertransi
stors 58 befindet sich normalerweise auf hoher Spannung, so
daß, obwohl der Emitter des Treibertransistors 58 direkt an
den positiven Anschluß der Batterie 18 angeschlossen ist,
kein Strom zwischen Kollektor und Emitter fließt. Wenn jedoch
das Ausgangssignal des NAND-Glieds 46 zwischen den Logikwer
ten "L" und "H" zu schwingen beginnt, fällt das Potential an
der Basis des Treibertransistors 58 intermittierend, und ein
getasteter audiofrequenter Strom fließt zwischen Emitter und
Kollektor von der Batterie 18 zu einem Impedanzanpassungs
transformator 60, an den der Audiowandler 56 angeschlossen
ist, so daß ein Alarm ertönt.
Eine Rückkopplungsschleife besteht auch zwischen dem Ausgang
des NAND-Glieds 30 und seinem Eingang 30b, und zwar über den
Schalttransistor 38 und eine Diode 62. Selbst wenn daher das
Potential am Punkt B plötzlich auf einen niedrigen Wert
fällt, weil im Sensorschalter 42, nachdem dieser aufgrund
einer Störung der Vorrichtung geöffnet wurde, wieder ein Kon
takt hergestellt wird, bleibt der Ausgang des NAND-Glieds 30
auf "L" und das Potential am Punkt C hoch. Der audiofrequente
Wandler 56 tönt deshalb weiter, wenn der Sensorschalter 42
einmal gestört wurde, selbst wenn die Vorrichtung dann in den
Ruhezustand kommt. Der audiofrequente Wandler 56 kann einfach
dadurch abgeschaltet werden, daß der Schalter 20 mittels des
Zugbands 16 in die Aus-Stellung gezogen wird. Aber auch, wenn
der Schalter 20 nicht betätigt wird, wird der Audiowandler 56
nicht endlos ertönen. Um die Batterie 18 zu entlasten, wird
die Vorrichtung nach einer Zeitspanne von etwa 20 Sekunden
automatisch zurückgesetzt. Dies erfolgt dadurch, daß, nachdem
der Ausgang des NAND-Glieds 30 auf "L" gefallen ist, der Kon
densator 32 sich über einen relativ großen Widerstand 64 zu
entladen beginnt. Wenn die Ladung des Kondensators 32 einen
geringen Wert erreicht, fällt das Potential am Eingang 30a
des NAND-Glieds 30 auf "L", so daß der Zustand am Ausgang
wieder "H" wird. Der "H"-Zustand am Ausgang des NAND-Glieds
30 verursacht, daß die Basis des Schalttransistors 38 den
Schalttransistor sperrt, so daß der Punkt C zu "L" zurück
kehrt und dieser Logikwert "L" an den Eingangsanschluß 30b
des NAND-Glieds 30 gelangt. Der "H"-Zustand am Ausgang des
NAND-Glieds 30 lädt den Kondensator 32 über den Widerstand 34
und die Diode 36 rasch auf, und der Eingang 30a kehrt zu
einem "L"-Zustand zurück.
Das Potential am Eingang 30a des NAND-Glieds 30 wird die kom
binierte Wirkung des Potentials am Kondensator 24 über eine
Diode 25 und des Potentials am Kondensator 32 über eine Diode
27 normalerweise auf einem hohen Wert gehalten. Die Dioden 25
und 27 bilden praktisch ein UND-Glied für den Eingang 30a des
NAND-Glieds 30.
Die voranstehend beschriebene tragbare, bewegungsempfindliche
Vorrichtung enthält wenige Komponenten und ist leicht aufzu
bauen. Die vier Schmitt-Trigger-NAND-Glieder 26, 30, 44 und
46 können in Form einer einzigen integrierten Schaltung ein
gesetzt werden, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung
IC TC 4093BP von Toshiba vertrieben wird. Alle Dioden sind
vom Typ 1N4148, und die beiden Transistoren sind vom Typ
2SA733P. Die Werte der anderen Standardkomponenten sind in
Fig. 4 angegeben.
Es ist anzumerken, daß viele Variationen der Form des
Sensorschalters, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt
ist, gleich gut arbeiten könnten. Beispielsweise muß die Kam
mer 1 nicht notwendigerweise eine genaue kreiszylindrische
Form aufweisen. Eine Kammer in der Form eines Rechteckzylin
ders, ein Kasten oder praktisch jede andere Form kann verwen
det werden, solange ein Preßbolzen relativ frei von zwei
inneren leitenden Flächen der Vorrichtung aufgenommen werden
kann, daß er dem Spalt zwischen den beiden leitenden Flächen
überbrückt, wenn sich der Sensorschalter in irgendeiner Posi
tion in Ruhe befindet, aber außer Berührung mit wenigstens
einer der leitenden Flächen gelangen kann, so daß der Kontakt
unterbrochen wird, wenn der Sensorschalter bewegt wird.
Claims (17)
1. Tragbare, auf eine Bewegung ansprechende Vorrich
tung, umfassend eine Stromversorgung (18), einen Sensorschal
ter (42) und eine elektronische Schalteinrichtung, die an
sprechend auf den Sensorschalter (42) einen Ausgangswandler
(56) aktiviert, bei der:
die elektronische Schalteinrichtung auf einen von zwei Widerstandszuständen des Sensorschalters (42) anspricht der art, daß, wenn sich die Vorrichtung in Ruhe befindet, der Sensorschalter (42) einen niedrigen Widerstand für Strom von der Stromquelle (18) darstellt und die elektronische Schalt einrichtung den Ausgangswandler (56) nicht aktiviert, und, wenn die Vorrichtung aus ihrer Ruhe gestört wird, der Sensor schalter (42) umgeschaltet wird, um für den Strom einen er höhten Widerstand darzustellen, und die elektronische Schalt einrichtung darauf ansprechend, den Ausgangswandler (56) aktiviert;
die elektronische Schalteinrichtung einen Schmitt-Trig ger (30) enthält, der einen mit einem Schalttransistor (38) verbundenen Ausgang zu Aktivierung des Ausgangswandlers (56) aufweist;
der Sensorschalter (42) mit einem ersten Eingang (30b) des Schmitt-Triggers (30) verbunden ist;
wenn sich die Vorrichtung in Ruhe befindet, der nied rige Widerstand des Sensorschalters (42) bewirkt, daß das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers (30) den Schalttransistor (38) in einen Zustand schaltet, in welchem der Ausgangswand ler (56) nicht aktiviert wird, und, wenn die Vorrichtung ge stört wird, der erhöhte Widerstand des Sensorschalters (42) bewirkt, daß das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers (30) den Schalttransistor (38) in einen Zustand schaltet, in welchem der Ausgangswandler (56) aktiviert wird; und
der Ausgang des Schalttransistors (38) mit dem ersten Eingang (30b) des Schmitt-Triggers (30) zur Rückkopplung ver bunden ist, so daß, wenn der Schmitt-Trigger (30) den Schalt transistor (38) einmal in einen Zustand geschaltet hat, in welchem der Ausgangswandler (56) aktiviert wird, dieser Zu stand aufrechterhalten bleibt, selbst wenn der Sensorschalter (42) wieder einen niedrigen Widerstand annimmt.
die elektronische Schalteinrichtung auf einen von zwei Widerstandszuständen des Sensorschalters (42) anspricht der art, daß, wenn sich die Vorrichtung in Ruhe befindet, der Sensorschalter (42) einen niedrigen Widerstand für Strom von der Stromquelle (18) darstellt und die elektronische Schalt einrichtung den Ausgangswandler (56) nicht aktiviert, und, wenn die Vorrichtung aus ihrer Ruhe gestört wird, der Sensor schalter (42) umgeschaltet wird, um für den Strom einen er höhten Widerstand darzustellen, und die elektronische Schalt einrichtung darauf ansprechend, den Ausgangswandler (56) aktiviert;
die elektronische Schalteinrichtung einen Schmitt-Trig ger (30) enthält, der einen mit einem Schalttransistor (38) verbundenen Ausgang zu Aktivierung des Ausgangswandlers (56) aufweist;
der Sensorschalter (42) mit einem ersten Eingang (30b) des Schmitt-Triggers (30) verbunden ist;
wenn sich die Vorrichtung in Ruhe befindet, der nied rige Widerstand des Sensorschalters (42) bewirkt, daß das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers (30) den Schalttransistor (38) in einen Zustand schaltet, in welchem der Ausgangswand ler (56) nicht aktiviert wird, und, wenn die Vorrichtung ge stört wird, der erhöhte Widerstand des Sensorschalters (42) bewirkt, daß das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers (30) den Schalttransistor (38) in einen Zustand schaltet, in welchem der Ausgangswandler (56) aktiviert wird; und
der Ausgang des Schalttransistors (38) mit dem ersten Eingang (30b) des Schmitt-Triggers (30) zur Rückkopplung ver bunden ist, so daß, wenn der Schmitt-Trigger (30) den Schalt transistor (38) einmal in einen Zustand geschaltet hat, in welchem der Ausgangswandler (56) aktiviert wird, dieser Zu stand aufrechterhalten bleibt, selbst wenn der Sensorschalter (42) wieder einen niedrigen Widerstand annimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Schmitt-
Trigger (30) einen zweiten Eingang (30a) aufweist und ein
erster Kondensator (32) an den zweiten Eingang (30a) ange
schlossen ist, wobei der erste Kondensator (32) normalerweise
geladen ist, um den zweiten Eingang (30a) auf einem festen
Logikwert zu halten, wobei der erste Kondensator (32) über
einen ersten Widerstand (64) an den Ausgang des Schmitt-Trig
gers angeschlossen ist, so daß der Ausgangspegel des Schmitt-
Triggers normalerweise eine Entladung des ersten Kondensators
(32) verhindert, aber, wenn die Vorrichtung gestört ist und
der Ausgangspegel sich ändert, um den Schalttransistor (38)
zu schalten, sich der erste Kondensator (32) über den ersten
Widerstand (64) entladen kann, so daß, wenn der erste Konden
sator (32) in wesentlichen entladen ist, der Logikwert am
zweiten Eingang (30a) des Schmitt-Triggers (30) sich ändert
und der Ausgang des Schmitt-Triggers dadurch wieder einen
Logikwert annimmt, durch den der Schalttransistor (38) in
einen Zustand geschaltet wird, in welchem der Ausgangswandler
(56) nicht aktiviert wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die von dem
ersten Widerstand (64) und dem ersten Kondensator (32) gebil
dete Zeitkonstante etwa 20 Sekunden beträgt, so daß der Aus
gangswandler (56) für eine Dauer von 20 Sekunden nach Stören der
Vorrichtung aktiviert werden kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der mit
zwei Eingängen versehene Schmitt-Trigger ein Schmitt-Trigger-
NAND-Glied (30) ist und der Ausgang des NAND-Glieds sich nor
malerweise auf einem hohen Logikwert befindet, der den
Schalttransistor (38) in einem Zustand hält, in welchem der
Ausgangswandler (56) nicht aktiviert wird, der erste Eingang (30b),
der mit dem Sensorschalter (42) verbunden ist, norma
lerweise auf einem niedrigen Logikwert gehalten wird, und der
zweite Eingang (30a) von dem ersten Kondensator (32) auf
einem hohen Logikwert gehalten wird, wobei jedoch, wenn die
Vorrichtung gestört wird, der Sensorschalter (42) verursacht,
daß der erste Eingang (30b) des NAND-Glieds (30) auf einem
hohen Logikwert gehalten wird, so daß sich der Ausgang des
NAND-Glieds zu einem niedrigen Logikwert ändert und der
Schalttransistor (38) veranlaßt wird, den Ausgangswandler
(56) zu aktivieren, und wobei der erste Kondensator (32), der
durch das Ausgangssignal mit hohem Logikwert am Ausgang des
NAND-Glieds normalerweise am Entladen gehindert wird, sich
entlädt, bis der zweite Eingang (30a) des NAND-Glieds einen
niedrigen Logikwert erreicht und der Ausgang des NAND-Glieds
zu einem hohen Logikwert zurückkehrt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei
der der Ausgang des Schmitt-Triggers (30) mit der Basis des
Schalttransistors (38) verbunden ist, die Stromversorgung
(18) mit dessen Emitter verbunden ist und sein Kollektor mit
einem Treibertransistor (58) verbunden ist, der an den Aus
gangswandler (56) angeschlossen ist und diesen treibt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Ausgangs
wandler ein Audiowandler (56) ist, und bei der zwischen dem
Kollektor des Schalttransistors (38) und dem Treibertransi
stor (58) sich eine Oszillatoranordnung (44, 46) befindet,
die nach Maßgabe des Pegels des Kollektors des Schalttransi
stors (38) aktiviert wird, um ein audiofrequentes Schwin
gungssignal zur Steuerung des Treibertransistors (58) zu er
zeugen, welcher den Ausgangswandler (56) treibt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei
der der zweite Eingang (30a) des Schmitt-Triggers (30) mit
einem zweiten Kondensator (24) verbunden ist, ein zweiter
Widerstand (22) zwischen den positiven Anschluß der Strom
quelle und den zweiten Eingang (30a) geschaltet ist, wobei der
zweite Kondensator (24) nicht unmittelbar voll geladen wird,
wenn die Stromquelle eingeschaltet wird, so daß der Ausgang
des Schmitt-Triggers nicht sofort von der Stellung des Sen
sorschalters (42) beeinflußt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der erste Kon
densator (32) vom Ausgangssignal des Schmitt-Triggers über
einen dritten Widerstand (34) und eine Diode (36) geladen
wird, wobei die Zeitkonstante von erstem Kondensator (32) und
drittem Widerstand (34) geringer als die Zeitkonstante von
zweitem Kondensator (24) und zweitem Widerstand (22) ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der der
zweite Widerstand (22) und der zweite Kondensator (24) eine
Zeitkonstante von etwa 10 Sekunden vorgeben, so daß die Vor
richtung während etwa 10 Sekunden nach Einschalten der Strom
versorgung nicht auf Bewegungsänderungen anspricht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der ein Eingang
eines zweiten Schmitt-Triggers (26) mit dem zweiten Kondensa
tor (24) verbunden ist, und der Ausgang des zweiten Schmitt-
Triggers (26) mit einer LED (28) verbunden ist, so daß die
LED (28) während der 10 Sekunden aktiviert wird, während de
rer der zweite Kondensator (24) geladen wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die
von einer 9 Voltzelle (18) gespeist wird.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei
der der Sensorschalter (42) zwei voneinander beabstandete
elektrische Kontakte (2) aufweist, von denen jeder eine Aus
nehmung (7) enthält, sowie ein leitendes Verbindungsglied
(8), das in den Ausnehmungen (7) ruht, wenn sich der Sensor
schalter (42) in Ruhe befindet, um eine durchgehende elektri
sche Verbindung zwischen den elektrischen Kontakten (2) her
zustellen derart, daß, wenn der Sensorschalter (42) einer
Bewegungsänderung unterliegt, das Verbindungsglied die Ruhe
position verläßt, so daß die leitende Verbindung zwischen den
elektrischen Kontakten (2) unterbrochen wird und, wenn der
Sensorschalter (42) die Bewegung beendet und das Verbindungs
glied (8) wieder in den Ausnehmungen (7) ruht, die leitende
Verbindung wieder hergestellt wird, und bei dem die elektri
schen Kontakte (2) von einem Isolierteil getragen und von
diesem voneinander isoliert werden, das die Form eines Rohr
stücks aus elastischem Material aufweist, welches über
Schulterteile (6) der elektrischen Kontakte (2) greift.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die beiden
Ausnehmungen (7) einander gegenüberliegen und ein Volumen
bilden, das größer ist als das von dem Verbindungsglied (8)
eingenommene, wobei das Verbindungsglied (8) allgemein lang
gestreckt ist und sich in dem Volumen befindet.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der jeder
Kontakt (2) eine elastische Haarbefestigung (3′) enthält,
durch die der Sensorschalter (42) an einem bewegbaren Objekt
(4) montiert werden kann.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der jedes elasti
sche Haar (3′) eine Anschlußleitung für den Stromfluß zum je
weiligen Kontakt (2) bildet.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei
der eine von den Ausnehmungen (7) und dem Rohrstück gebildete
Kammer (1) annähernd 10 mm lang und 8 mm breit ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei
der jedes elastische Haar (3′) wenigstens 15 mm lang ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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GB9122002A GB2260648B (en) | 1991-10-16 | 1991-10-16 | Sensor switch and a portable device sensitive to a change in movement |
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DE4234520C2 true DE4234520C2 (de) | 1994-10-27 |
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