DE969890C

DE969890C - Raumsicherungsanlage

Info

Publication number: DE969890C
Application number: DEW2649A
Authority: DE
Inventors: Kurt Wachtel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-06-23
Filing date: 1950-06-23
Publication date: 1958-08-07

Description

Zur Sicherung von Räumen gegen das Eindringen von Personen sind Einrichtungen bekannt, welche durch mechanische Einwirkung Kontakte in geeigneten Überwachungsstromkreisen betätigen; auch sind lichtelektrische Einrichtungen bekannt, bei denen durch Unterbrechung des Lichtstrahles seitens eines Eindringlings elektromagnetische Schaltmittel betätigt werden. Ferner sind Anordnungen zur Überwachung von Räumen mit Hilfe modulierter oder unmodulierter Ultrakurzwellen bekannt, welche ähnlich den lichtelektrischen Einrichtungen die gerichtete Ausbreitung der Ultrakurzwellen ausnutzen. Schließlich ist die Sicherung einzelner Gegenstände gegen die Annäherung von Personen durch Ausnutzung der hierbei bewirkten Veränderung der elektrischen Kapazität dieser mit einem elektrischen Schwingungssystem verbundenen Gegenstände bekannt.

Die Erfindung benutzt eine Sicherung von Räumen gegen das Eindringen unbefugter Personen, welche sich durch den Wegfall aller mechanischen, optischen oder quasi optischen Betätigungsmittel auszeichnet und deren Störanfälligkeit daher vermindert ist. Dies erreicht die Erfindung dadurch, daß bei einer Raumsicherungsanlage, bei welcher in dem zu sichernden räumlichen Bereich ein von einem Generator über geeignete Elektroden mit gleichbleibender Intensität erzeugtes elektromagnetisches Feld ausgestrahlt wird und ein über geeignete Elektroden durch die Intensität dieses Feldes beeinflußter Empfänger bei einer durch das Eindringen eines Körpers in den gesicherten Bereich verursachten Veränderung der Feldintensität am Empfänger elektromagnetische Schaltmittel betätigt, der Empfänger im absoluten Nahfeld des Senders angeordnet ist und der Sender mit einer Frequenz von

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etwa ίο kHz und einer Wellenlänge arbeitet, die etwa das Tausendfache der Entfernung zwischen Sender und Empfänger beträgt.

Die Erfindung nutzt hierbei die Ausbreitungseigenschäften der elektromagnetischen Wellen aus, welche eine etwa hyperbolische Intensitätsabnahme zeitigen. Durch die Anordnung des Empfängers in absoluter Sendernähe, also in einem Abstand, der äußerst klein zur Wellenlänge ist, liegt der Empfänger nach der ίο Erfindung an einer Stelle besonders starker Intensitätsabnahme, in welcher somit jegliche Beeinflussung der Feldverteilung durch eine eindringende Person mit Sicherheit ausgewertet werden kann. Dadurch ist die Anordnung nach der Erfindung weitgehend von äußeren Einflüssen unabhängig.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Diese gibt die wesentlichen Stromläufe des Generators und des Empfängers wieder. Der grundsätzliche Aufbau besteht aus einem Generator, welcher elektromagnetische Schwingungen konstanter Frequenz und Amplitude erzeugt. Diese Frequenz wird einer oder mehreren Elektroden A χ zugeführt, die in Form von Drähten oder Platten an einer oder mehreren Seiten des zu sichernden Raumes derart angeordnet sind, daß das von ihnen erzeugte elektromagnetische Feld den zu sichernden Raum erfüllt. An einer anderen Stelle des Raumes sind in ähnlicher Weise Elektroden A 2 angeordnet, welche von diesem elektromagnetischen Feld beeinflußt werden. Mit diesen Elektroden ist ein Empfänger verbunden, welcher auf Intensitätsänderungen des Feldes anspricht. Die von der Empfängerelektrode aufgenommene Hochfrequenzspannung ist konstant, wenn keine Änderung in dem elektromagnetischen Feld auftritt. Dringt hingegen ein leitender oder halbleitender Körper in das elektromagnetische Feld ein, so führt dies zu einer Ableitung oder Absorption der Feldenergie, welche eine Verringerung der aufgenommenen Hochfrequenzspannung zur Folge hat. Diese Schwächung der Intensität des elektromagnetischen Feldes wird von dem Empfänger zur Betätigung von elektromagnetischen Schaltmitteln ausgewertet.

Der Schwingungsgenerator, bestehend aus der Röhre Röx, den Kondensatoren Ci, Cz und C3 sowie ■ den Spulen £1 und £2 und dem Ableitwiderstand Si, erzeugt eine Schwingung konstanter Frequenz und konstanter Amplitude in der üblichen Rückkopplungsaudionschaltung. Frequenzbestimmend ist der Schwingungskreis, bestehend aus Lz und C3. Die Schwingung wird über Ci an das Gitter der Röhre Röx mit Ableitwiderstand Si angekoppelt. Der Rückkopplungskondensator Cz in Verbindung mit der Rückkopplungsspule Lx führt dem Schwingungskreis die zur Erhaltung der ungedämpften Schwingung notwendige Energie von der Anode der Söi zu. Als Arbeitswiderstand liegt im Anodenkreis von Röhre 1 der Resonanzkreis, bestehend aus £3 und C5. Der Kopplungskondensator C4 leitet die an Anode von Röhre 1 entstehende HF-Spannung an das Gitter der Röhre 2, welches über den Ableitwiderstand Rz die Gittervorspannung Null erhält. Im Anodenkreis der Röhre 2 liegt der Resonanzkreis, bestehend aus C6 und £4. Die Spule £5 ist induktiv an £4 angekoppelt und auf der einen Seite geerdet, während die andere Seite der Antennenplatte Ax zugeführt ist. Die Eigenkapazitat C8 dieser Antenne bildet zusammen mit dem Drehkondensator C¹J die Schwingungskapazität für Spule£5. Durch Veränderung des Kondensators C¹J wird die Frequenz des Schwingungskreises aus £5, Cy + C8 auf die Frequenz des frequenzbestimmenden Schwingungskreises aus L2 und C3 abgestimmt.

Die Antennenplatte Az empfängt die von Ax ausgesandte HF-Energie und führt sie dem Schwingungskreis, bestehend aus L6 und Cg + Cio, zu, wobei Cg die Eigenkapazität der Antenne darstellt. Durch die veränderliche Induktivität £6 wird der Schwingungskreis auf die Senderfrequenz abgestimmt. Die niederohmige Spule £7 ist induktiv an £6 angekoppelt und gestattet durch die dadurch bewirkte Spannungsherabtransformierung die Weiterleitung der HF-Energie über abgeschirmtes Kabel. Durch dieses Kabel wird die Hochfrequenz der Spule £8 zugeführt, die wiederum induktiv an den Schwingungskreis aus £9 und Cn angekoppelt ist. In Röhre So'3 wird die Hochfrequenz in der üblichen Weise verstärkt, wobei Widerstand S3 und Kondensator C12 automatisch die Gittervorspannung für die Röhre erzeugen. Über die folgende Bandfilterkopplung mit Schwingungskreis 1, bestehend aus £10 und C13, sowie Schwingungskreis 2, bestehend aus £11 und C14, wird die Hochfrequenz der Gleichrichterröhre S04 zugeführt. Röhre 4 richtet in Verbindung mit Ableitwiderstand S4 und Ladekondensator C15 die Hochfrequenz gleich, wobei die dadurch entstehende negative Spannung dem Gitter der Röhre 5 zugeführt wird. Im Anodenkreis der Röhre 5 liegt der Arbeitswiderstand S5 in Serie mit dem Ruhekontaktrelais Reiz. Der Kondensator C16 leitet restliche Hochfrequenz nach Masse ab, und die Anodengleichspannung Hegt über die Widerstände S6 und R¹J am Kopplungskondensator C18. Der Kondensator C17 bildet in Verbindung mit S6 eine Zeitkonstante, die so groß ist, daß rasche Spannungsänderungen an der Anode von Röhre 5 nur sehr schwach an Kondensator C18 gelangen können. An diesem Kopplungskondensator C18 liegt einerseits über S6 und R¹J die Anodengleichspannung von S05, andererseits über S8 die am Potentiometer Px abgegriffene Negativspannung. Er lädt sich nach Einschalten des Gerätes langsam über S6, S7 und S8 auf diese Spannungsdifferenz auf. Die Anode der Gleichrichterröhre Sö6 (oder eines Trockengleichrichters) liegt an Gitter von Roy, welches negative Vorspannung, die an Pz abgegriffen wird, über Rg erhält. Im Anodenstromkreis von Roy liegt der Arbeitswiderstand Sio. Kopplungskondensator C19 liegt über Widerstand Sn, der zur Unterdrückung von Eigenschwingungen dient, an Gitter von Sö8,- welches negative Vorspannung, die an P3 abgegriffen wird, über S12 erhält. Im Anodenstromkreis von Sö8 liegt das Arbeitskontaktrelais Reiz, welches anspricht, wenn der Anodens+rom dieser Röhre einen gewissen Wert erreicht.

Beim Eindringen eines Körpers in den gesicherten Bereich wird durch Absorbtion eines Teils der von Antenne Ax ausgestrahlten HF-Energie die von Antenne Az aufgenommene HF-Spannung kleiner. Dadurch wird auch die in Röhre 4 erzeugte Gleich-

Spannung kleiner, was bewirkt, daß Röhre 5 weniger negative Gitterspannung erhält. Der dadurch ansteigende Anodenstrom bewirkt einen größeren Spannungsabfall an i?5, so daß dadurch das Potential an Anode von Röhre 5 kleiner wird. Die hierdurch bedingte Änderung der Spannungsdifferenz zwischen den Punkten 1 und 2 hat einen Ausgleich der Ladung von C18 zur Folge. Dieser Ausgleich erfolgt nach den Punkten 3 und 5 über die Wege:

ι. R8 und

2. Röhre 6 + Rg.

Da R8 etwa 3omal größer ist als Rg, erfolgt der größte Teil des Stromflusses über den Weg Rö6 + Rg.

Da das Potential an Punkt 1 abnehmend ist, ist dies auch an Punkt 2 der Fall, so daß die Röhre 6 dieser Stromrichtung nur den relativ kleinen Innenwiderstand entgegensetzt. Die an Punkt 2 auftretende Spannungsänderung mit negativer Tendenz teilt sich also an Rg und dem Innenwiderstand von Röhre 6. Da letzterer klein ist im Verhältnis zu Rg, ist die Spannungsänderung an Punkt 4, die nur um das Verhältnis Innenwiderstand Röhre 6 zu Rg kleiner ist als an Punkt 2, fast ebenso groß wie an Punkt 2. Die somit an Gitter von Röhre 7 gelangende negativere Spannung bewirkt kleineren Strom in Röhre 7 und Rio, somit Ansteigen des Potentials an Anode von Röhre 7. Der Kopplungskondensator C19 läßt in bekannter Weise diese Spannungsänderung ans Gitter von Röhre 8 gelangen, was in dieser und somit in Relais 1 größeren Strom zur Folge hat, wodurch letzteres zum Ansprechen kommt.

Beim Auftreten von HF-Störungen bei Gewitter oder durch Impulse beim Betrieb elektrischer Geräte wird der Zustand der Anlage durch HF-Störungen dahingehend verändert, daß die von Antenne 2 empfangene HF-Energie impulsartig größer wird. Dadurch steigt auch die in Röhre 4 erzeugte Gleichspannung impulsartig an und steuert die Röhre 5 im umgekehrten Sinn, wie es beim Eindringen eines Körpers in den Raum der Fall ist. Das Potential an Punkt ι und Punkt 2 ist jetzt also zunehmend. Da in diesem Fall die Röhre 6 einen Ladungsausgleich des Kondensators C18 über den Widerstand Rg sperrt, kann sich die Spannungsdifferenz nur sehr langsam über den großen Widerstand R8 ausgleichen. Nach Abklingen des "Störimpulses ist, da die Zeitkonstante von C18 · R8 sehr groß ist, keine wesentliche Ladungsänderung an C18 aufgetreten, so daß Punkt 4 keine Spannungsänderung erfährt. Der Verstärker aus Roy und Rö8 wird nicht beeinflußt.

Beim Versuch, die Anlage durch einen zusätzlichen Sender zu umgehen, erhält Antenne Az größere HF-Spannung, was, wie oben erwähnt, ein Absinken des Anodenstroms in Röhre 5 zur Folge hat. Sinkt dieser Strom jedoch unter ein gewisses Mindestmaß, so fällt Ruhestromrelais Reiz ab und löst Alarm aus. Durch die Trägheit des Relais ist dies jedoch auch bei stärksten Störimpulsen nicht der Fall. Um in den geschützten Raum eindringen zu können, ohne den Alarm auszulösen, dürfte jeweils nur so viel zusätzliche Hochfrequenz zugeführt werden, als durch den eindringenden Körper absorbiert wird. Da hierfür aber jegliches Maß fehlt und keine dahingehenden Messungen vorgenommen werden können, ist dies in der Praxis undurchführbar.

Bei langsamer Änderung der Betriebsspannungen, wie dies beim Entladen der Batterien der Fall ist, hat ein Absinken der Anodenspannung eine Verringerung der von Ax ausgesandten Energie und des Verstärkungsfaktors von Röhre 3 zur Folge. Beides zusammen bewirkt, daß die Spannung an Anode von Ä05 sinkt, wie dies auch beim Eintreten in den Raum der Fall ist, nur mit dem Unterschied, daß sich diese Spannungsänderung über eine sehr lange Zeit (mehrere Stunden) erstreckt, so daß die Änderung in einer Zeiteinheit so minimal ist, daß sich an Punkt 4 keine den Verstärker Roy und Rö8 störend beeinflussende Spannungsverschiebung ergibt. Eine Anodenspannungsänderung um 20 ⁰/₀ bewirkt eine Gitterspannungsänderung an i?ö'5 von etwa 50 %, so daß dadurch Rö$ nicht aus dem steilen Bereich ihrer Kennlinie gerät. An Rö8 bewirkt eine 20 %ige Spannungsänderung eine ebenfalls 20%ige Stromänderung. Da der Ruhestrom dieser Röhre etwa 0,1 mA beträgt, der Ansprechstrom für Relais 1 jedoch 2 mA, so ist ersichtlich, daß die Änderung des Ruhestroms von 0,1 auf 0,08 mA beim Absinken der Spannung um 20% keine merkliche Änderung der Ansprechempfindlichkeit zur Folge hat.

Das System arbeitet grundsätzlich auf allen be- _go kannten Wellenlängen. Die beschriebene Anlage hat sich jedoch besonders auf der sehr niedrigen Frequenz zwischen 10 und 20 kHz bewährt, da erstens eine Störung des Rundfunkempfangs durch diese Wellenlänge nicht auftritt, zweitens der Sicherungsbereich durch Wände und Decken so gut abgeschirmt wird, daß eine unangenehme Einwirkung von Körpern außerhalb des geschützten Raumes nicht auftritt.

Claims

Patentansprüche: 1o°

1. Raumsicherungsanlage, bei welcher in dem zu sichernden räumlichen Bereich ein von einem Generator über geeignete Elektroden mit gleichbleibender Intensität erzeugtes elektromagnet!- sches Feld ausgestrahlt wird und ein über geeignete Elektroden durch die Intensität dieses Feldes beeinflußter Empfänger bei einer durch das Eindringen eines Körpers in den gesicherten Raum verursachten Veränderung der Feldintensität am n° Empfänger elektromagnetische Schaltmittel betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger im absoluten Nahfeld des Senders angeordnet ist und der Sender mit einer Frequenz von etwa 10 kHz und einer Wellenlänge arbeitet, die etwa das Tausendfache der Entfernung zwischen Sender und Empfänger beträgt.

2. Raumsicherungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger neben einem Eingangsverstärker (R03), einer Gleichrichtung (-R04) einen mehrstufigen Verstärker (Ä05, Roy, Rö8) enthält, welcher in seinen verschiedenen Stufen sowohl ein Schaltmittel (Reh) bei Zunahme der empfangenen Energie als auch ein Schaltmittel (Reiz) bei Abnahme der empfangenen Energie ^ias steuert.

3· Raumsicherungsanlage nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger ein richtungsabhängiges Zeitkonstantenglied (Ci8,Rö6, Rg) enthält, welches einen Einfluß kurzzeitiger Verstärkungen der empfangenen Energie auf das Alarmschaltmittel unterbindet, lang dauernde Verstärkungen und Schwächungen der empfangenen Energie durch Störungen des Feldes jedoch auf das Alarmschaltmittel einwirken läßt.

4. Raumsicherungsanlage nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das richtungsabhängige Zeitkonstantenglied aus einem Gleichrichter (Rö6), einem Kondensator (CtS) und einem Widerstand (Rg) besteht.

5. Raumsicherungsanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das richtungsabhängige Zeitkonstantenglied einer Röhre (Roy) des Verstärkers für Gleichspannung vorgeschaltet ist.

6. Raumsicherungsanlage nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger ein weiteres Zeitkonstantenglied (56, C17) mit kleinerer Zeitkonstante als das richtungsabhängige Zeitschaltglied (CzS, Rö6, Rg) enthält.

7. Raumsicherungsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Verstärkung der empfangenen Energie ansprechende Schaltmittel (Reiz) als Ruhestromrelais ausgebildet und mit solcher Trägheit ausgestattet ist, daß es bei kurzzeitigen Störimpulsen nicht anspricht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 329762, 449075,

336595» 731970;

Vilbig-Zenneck: Fortschritte der Hochfrequenztechnik, Bd. i, S. 25, Akademische Verlagsanstalt, Leipzig 1941.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen