EP0125443B1

EP0125443B1 - Controlled barrier

Info

Publication number: EP0125443B1
Application number: EP84103375A
Authority: EP
Inventors: Hans Müller; Berthold Dernbach; Heribert Weigl; Herbert Dr. Tratz
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1983-04-11
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1987-05-20
Also published as: EP0125443A1; DE3312966A1; DE3463866D1

Description

Aus der DE-PS 26 53 056 ist eine überwachbare Sperre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einer linienhaften Überwachungsstrecke bekannt, wobei ab einer definierten Verformung und/oder bei einer Zerstörung der Sperre ein Signal abgegeben wird. Bei dieser als Schutzvorrichtung für die Luftdurchtrittsbereiche von Räumen oder Gebäuden bezeichneten Sperre ist die Überwachungsstrecke als konzentrische Anordnung von elektrisch leitenden Rohren ausgebildet. Das äußere Rohr, das zu einem die Sperre bildenden Gitter gehört, ist dabei gegenüber dem inneren Rohr elektrisch isoliert. Die beiden Rohre sind über ein elektrisches Kabel mit einem Alarmgerät verbunden. Deshalb gibt es ein Signal, wenn bei einer Zerstörung der Sperre ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden Rohren zustande kommt.From DE-PS 26 53 056 a monitorable barrier according to the preamble of claim 1 with a linear monitoring section is known, a signal being emitted from a defined deformation and / or when the barrier is destroyed. In this barrier, which is referred to as a protective device for the air passage areas of rooms or buildings, the monitoring section is designed as a concentric arrangement of electrically conductive pipes. The outer tube, which belongs to a grid forming the barrier, is electrically insulated from the inner tube. The two pipes are connected to an alarm device via an electrical cable. There is therefore a signal if there is electrical contact between the two pipes if the lock is destroyed.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine überwachbare Sperre zu schaffen, bei der man nicht davon abhängig ist, daß die Sperre oder die Überwachungsstrecke über praktisch ihre gesamte Länge aus leitfähigem Material besteht.The invention is based on the object of creating a monitorable barrier, in which one is not dependent on the barrier or the monitoring section being made of conductive material over practically its entire length.

Bei der erfindungsgemäßen Sperre, die insbesondere für den Objektschutz an Kernkraftwerken geeignet ist, wird die Überwachungsstrecke von einem Ultraschallstrahl gebildet, der in einem Hohlraum der unbeschädigten Sperre von einem Sender zu einem Empfünger verläuft und dessen Unterbrechung das Signal auslöst, wobei Sender und Empfänger als Tandem-Ultraschallkopf am einen Ende der Überwachungsstrecke und ein Reflektor am anderen Ende der Überwachungsstrecke angeordnet sind, mit dessen Hilfe der Ultraschallstrahl vom Sender zum Empfänger geführt wird.In the lock according to the invention, which is particularly suitable for the protection of objects at nuclear power plants, the monitoring section is formed by an ultrasound beam which runs in a cavity of the undamaged lock from a transmitter to a receiver and whose interruption triggers the signal, the transmitter and receiver being in tandem Ultrasound head are arranged at one end of the monitoring section and a reflector at the other end of the monitoring section, with the aid of which the ultrasound beam is guided from the transmitter to the receiver.

Bei der Erfindung ist man von dem Material der Sperre vollständig unabhängig, denn das Signal wird dadurch veranlaßt, daß eine Verformung der Sperre den Ultraschallstrahl auslenkt oder sperrt. Es kann deshalb auch zum Beispiel bei der Verwendung von Kunststoff oder Beton für die Sperre und die Begrenzung des Ultraschallstrahls mit Sicherheit ausgelöst werden.In the invention, one is completely independent of the material of the barrier, because the signal is caused by a deformation of the barrier deflecting or blocking the ultrasound beam. It can therefore also be triggered with certainty when using plastic or concrete to block and limit the ultrasound beam.

Die Erfindung ist nicht mit sogenannten Ultraschallschwankungen zu vergleichen, wie sie als Diebstahlalarm aus der US-PS 2 220 427 . bekannt sind oder in einer bestimmten Ausbildung der Gehäuse für Sender oder Empfänger in der DE-AS 12 69 922 beschrieben werden. Hier gibt es nämlich keine körperliche Sperre, deren Unversehrtheit überwacht werden könnte, sondern nur einen von einem Sender zu einem Empfänger führenden Strahlenweg, der durch ein dazwischen tretendes Objekt unterbrochen wird. Aufgrund der Unterbrechung wird ein Signal gegeben, das das unzulässige Eindringen von Personen anzeigen soll oder etwa eine Zählung ermöglicht. Wenn dabei auch nach der DE-AS 12 69 922 der Strahl durch Umlenkplatten um 90° umgelenkt wird, so liegen doch Sender und Empfänger auf gegenüberliegenden Seiten der Schranke.The invention cannot be compared with so-called ultrasonic fluctuations, such as those found in the theft alarm from US Pat. are known or are described in a specific embodiment of the housing for the transmitter or receiver in DE-AS 12 69 922. This is because there is no physical barrier, the integrity of which could be monitored, but only a radiation path leading from a transmitter to a receiver, which is interrupted by an object stepping in between. Due to the interruption, a signal is given to indicate the inadmissible intrusion of people or to enable a count. If the beam is deflected by 90 ° by deflection plates according to DE-AS 12 69 922, the transmitter and receiver are on opposite sides of the barrier.

Bei der Erfindung wird dagegen mit der Verwendung eines an sich bekannten Tandem-Ultraschallkopfes, der Sender und Empfänger umfaßt, der Vorteil erreicht, daß elektrische Anschlußleitungen nur zu einer Seite der oft mehrere Meter langen Sperren geführt werden müssen, während an der anderen Seite nur ein passiver Reflektor angebracht werden muß. Dennoch kann man damit nicht nur vollständige Zerstörungen der Sperre erfassen, die ähnlich dem Bekannten einen Eindringling in den Strahlenweg gelangen zu lassen, sondern auch Verformungen der Sperre, die bei einem Eindringversuch auftreten, bevor die Sperre überwunden ist, d.h. solange die den Hohlraum begrenzende Wand der Sperre dem Eindringversuch der Sperre noch standhält. Dabei kann der Ultraschallstrahl mit Hilfe des Reflektors auch so vom Sender zum Empfänger geführt werden, daß man größere Flächen durch eine in einem Winkel gegebenenfalls mehrfach abgeknickte Strahlenführung erfassen kann.In the invention, however, with the use of a tandem ultrasound head known per se, which includes the transmitter and the receiver, the advantage is achieved that electrical connecting lines only have to be routed to one side of the barriers, which are often several meters long, while only one on the other side passive reflector must be attached. Nevertheless, it can be used not only to detect complete destruction of the barrier, which, similar to what is known, to allow an intruder to enter the radiation path, but also deformations of the barrier that occur during an attempt to penetrate before the barrier has been overcome, i.e. as long as the wall of the barrier delimiting the cavity still withstands the attempt to penetrate the barrier. The ultrasound beam can also be guided from the transmitter to the receiver with the aid of the reflector in such a way that larger areas can be detected by a beam guide that is bent several times at an angle.

Die Überwachungsstrecke kann vorteilhaft durch ein Schallrohr verlaufen, das in die Sperre eingelassen ist. Dies empfiehlt sich besonders für Sperren aus Beton, weil dabei das gegebenenfalls mit Sender und Empfänger komplettierte Rohr als Bauelement vorgefertigt und dann eingegossen werden kann. Das Schallrohr kann mit Lochblenden zur Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit versehen werden. Damit wären unter Umständen höhere Anforderungen an die Fokussierung des Senders und Empfängers bzw. des Reflektors zu stellen.The monitoring section can advantageously run through a sound tube that is embedded in the barrier. This is particularly recommended for barriers made of concrete, because the pipe, possibly completed with transmitter and receiver, can be prefabricated as a component and then cast in. The sound tube can be equipped with perforated covers to increase the sensitivity. Under certain circumstances, this would place higher demands on the focusing of the transmitter and receiver or of the reflector.

Da bei der gennanten Sperre ein Reflektor verwendent wird, kann man vorteilhaft so vorgehen, daß das eine Ende des Schallrohres mit einer Reflektorplatte verschlossen ist, und daß die dem Rohrinneren abgekehrte Seite der Reflektorplatte als Zentrierkopf dient, mit dem das Schallrohr in der Sperre festgelegt ist. Bei dieser Bauweise der Erfindung ergibt schon eine geringfügige Seitenkraft, die auf das Schallrohr ausgeübt wird, ein starkes Moment, das die Reflektorplatte auslenkt und damit zu einer Unterbrechung des Ultraschallstrahls führt.Since a reflector is used in the named barrier, one can advantageously proceed in such a way that one end of the sound tube is closed with a reflector plate, and that the side of the reflector plate facing away from the tube interior serves as a centering head with which the sound tube is fixed in the barrier . With this type of construction of the invention, even a slight lateral force which is exerted on the sound tube results in a strong moment which deflects the reflector plate and thus leads to an interruption of the ultrasound beam.

Zur mechanischen Kopplung des Schallrohres mit der Sperre kann man mehrere über die Länge des Schallrohres verteilte Stützen vorsehen, damit schon kleine Einwirkungen auf die Sperre mit geringen Verformungen mit Sicherheit erfaßt werden.For the mechanical coupling of the sound tube with the lock, several supports distributed over the length of the sound tube can be provided, so that even small effects on the lock can be detected with little deformation with certainty.

Die Erfindung kann vorteilhaft auch so verwirklicht werden, daß bei flächenhaften Sperren mit mehreren benachbarten Überwachungsstrecken diese in zeitlicher Folge wirksam gemacht werden. Hierdurch kann man eine Vereinfachung der Ultraschalleinrichtungen erreichen.The invention can advantageously also be implemented in such a way that, in the case of extensive barriers with several adjacent monitoring routes, these are made effective in chronological order. This can simplify the ultrasound devices.

Die zeitliche Folge kann zur Vergrößerung der Sicherheit unregelmäßig getaktet werden, zum Beispiel mit Hilfe eines Zufallsgenerators. Im einfachsten Fall können die Überwachungsstrecken aber uch ständig in Betrieb sein.The time sequence can be clocked irregularly to increase security, for example with the aid of a random generator. In the simplest case, they can Surveillance routes are also constantly in operation.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden mehrere Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 in einer Seitenansicht mit einem Teilschnitt a re ein Objektschutz-Tor nach der Erfindung, wo in Fig. 2 ein Vertikalschnitt zu sehen ist. Die Fig. 3 zeigt einen Objektschutz-Zaun. In Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch einen.tab eines Rechens dargestellt. Die Fig. 5 zeigt einen zugehörigen Querschnitt, während in Fig. 6 und 7 Einzelheiten in größerem Maßstab zu sehen sind. In Fig. 8 ist eine gegenüber dem Rechen nach Fig. 4 etwas vereinfachte Ausführung Bezeichnet. Die Fig. 9 und 10 zeigen entsprechende Einzelheiten in größerem Maßstab.Several exemplary embodiments are described below with reference to the drawing. 1 shows a side view with a partial section a re an object protection gate according to the invention, where a vertical section can be seen in FIG. 2. 3 shows a security fence. 4 shows a longitudinal section through a tab of a rake. Fig. 5 shows an associated cross section, while in Figs. 6 and 7 details can be seen on a larger scale. 8 shows a somewhat simplified embodiment compared to the rake according to FIG. 4. 9 and 10 show corresponding details on a larger scale.

Das Objektschutz-Tor nach Fig. 1 besteht aus einem Metallrahmen 1 mit vertikalen Gitterstäben 2. Jeder zweite der Gitterstäbe ist mit einer Überwachungsstrecke 3 versehen, wie die Fig. 2 deutlich zeigt. Die Überwachungsstrecken umfassen ein Schallrohr 4. das mit Abstützungen 3. in der Mitte des von den Stäben 2 bzw. dem Rahmen 1 gebildeten Hohlraums 6 festgelegt ist. Am unteren Ende des Schallrohres 4 ist ein Reflektor 7 angeordnet. Das obere Ende ist mit dem als Tandemkopf 8 zusammengefaßten Sender und Empfänger für einen Ultraschallstrahl 9 längs der Achse des zylindrischen Schallrohrs 4 versehen.1 consists of a metal frame 1 with vertical bars 2. Every second of the bars is provided with a monitoring section 3, as FIG. 2 clearly shows. The monitoring sections comprise a sound tube 4 which is fixed with supports 3 in the middle of the cavity 6 formed by the bars 2 or the frame 1. At the lower end of the sound tube 4, a reflector 7 is arranged. The upper end is provided with the transmitter and receiver combined as a tandem head 8 for an ultrasound beam 9 along the axis of the cylindrical sound tube 4.

Der Objektschutz-Zaun 10 nach Fig. 3 besteht aus Beton. Er umfaßt eine Grundmauer 11 und Betonstreben 12. In diese sind die Überwachungsstrecken 3 eingegossen, wobei an der Oberseite ein Hohlraum 13 gebildet wird, der mit einem Deckel 14 für den Zugang zum Tandemkopf 8 lösbar verschlossen ist.The object protection fence 10 according to FIG. 3 is made of concrete. It comprises a base wall 11 and concrete struts 12. The monitoring sections 3 are cast into these, a cavity 13 being formed on the top, which is releasably closed by a cover 14 for access to the tandem head 8.

Der in Fig. 4 dargestellte Rechenstab 20 für Wasserläufe, zum Beispiel den Kühlwasserein-oder -auslaß, hat den Querschnitt eines länglichen Rechtecks, wie Fig. 3 zeigt. Er enthält im Bereich seiner Vorderseite 21 das Schallrohr 4 mit kreisförmigem Querschnitt, wie die Fig. 3 zeigt. Das Schallrohr 4 hat einen Durchmesser von ca. 23 x 2 mm und ist am unteren Ende, wie in Fig. 7 zu sehen ist, mit einer Reflektorplatte 22 Versehen. Diese erhebt sich mit einem Schaft 23 über einen konisch zugespitzten Zentrierkopf 24, der in eine Bohrung 23 der Bodenplatte 26 des Rechenstabes eingelassen ist. Der Zentrierkopf kann zum Beispiel mit einem Gewindezapfen 27 in ein Innengewinde 28 des Schallrohres 4 eingeschraubt sein.The rake rod 20 for watercourses shown in FIG. 4, for example the cooling water inlet or outlet, has the cross section of an elongated rectangle, as shown in FIG. 3. It contains the sound tube 4 with a circular cross section in the region of its front side 21, as shown in FIG. 3. The sound tube 4 has a diameter of approx. 23 x 2 mm and is provided with a reflector plate 22 at the lower end, as can be seen in FIG. 7. This rises with a shaft 23 over a tapered centering head 24, which is embedded in a bore 23 of the base plate 26 of the rake. The centering head can, for example, be screwed into an internal thread 28 of the sound tube 4 with a threaded pin 27.

Am oberen Ende des Schallrohres ist der Tandemkopf 8 in das Innengewinde 30 eingeschraubt. Er bildet den Sender und Empfänger für Ultraschallstrahlen mit Frequenzen im Bereich von 40 bis 80 kHz. Dort ist auch eine Schelle 31 angebracht, die um das Schallrohr 4 greift und mit einer Schraube 32 an einer Versteifungswand 33 im Inneren des Rechenstabes 20 befestigt ist.At the upper end of the sound tube, the tandem head 8 is screwed into the internal thread 30. It forms the transmitter and receiver for ultrasound beams with frequencies in the range from 40 to 80 kHz. There is also a clamp 31 attached, which engages around the sound tube 4 and is fastened with a screw 32 to a stiffening wall 33 in the interior of the rake rod 20.

Wie die Fig. 4 zeigt, sind zwischen dem Schallrohr 4 und mindestens der Vorderseite 21 des Rechenstabes 20 über die Länge verteilte Stützbleche 33 vorgesehen. Sie sorgen dafür, daß Verformungen, wie sie vor allem bei dem Versuch eines gewaltsamen Eindringens an dem Rechenstab 20 entstehen können, schon bei kleinen Auslenkungen auf das Schallrohr 4 übertragen werden. Dieses wird dann verformt, so daß der durch die gestrichelte Linie 9 angedeutete Strahlengang zwischen dem Sender des Ultraschallkopfes 8, der Reflektorplatte 22 und dem im Tandemkopf 8 ebenfalls enthaltenen Empfänger unterbrochen wird. Daraufhin wird ein Signal ausgelöst, das den Eindringversuch am Rechenstab 20 anzeigt.As shown in FIG. 4, support plates 33 distributed over the length are provided between the sound tube 4 and at least the front side 21 of the rake rod 20. They ensure that deformations, such as can occur when trying to forcefully penetrate the rake rod 20, are transmitted to the sound tube 4 even with small deflections. This is then deformed so that the beam path indicated by the broken line 9 between the transmitter of the ultrasound head 8, the reflector plate 22 and the receiver also contained in the tandem head 8 is interrupted. A signal is then triggered, which indicates the attempted penetration on the computing rod 20.

Im Inneren des Schallrohres 4 ist zum Beispiel in der Mitte eine Lochblende 37 angebracht. Sie verkleinert den Durchtrittsquerschnitt auf zum Beispiel 100 mm². d.h. etwa 1/3 des Schallrohrquerschnitts und erhöht die Ansprechempfindlichkeit der Überwachungsstrecke durch die Unterdrückung von am Rand verlaufenden Störstrahlungen, die sich aus einer Streuung von Sender und Empfänger bzw. Reflektorplatte ergeben können. Solche Lochblenden können auch mehrfach über die Länge des Schallrohres 4 verteilt sein.In the interior of the sound tube 4, for example, a pinhole 37 is attached in the middle. It reduces the passage cross section to, for example, 100 mm ² . ie about 1/3 of the sound tube cross-section and increases the response sensitivity of the monitoring section by suppressing interference radiation running at the edge, which can result from a scattering of transmitter and receiver or reflector plate. Such pinholes can also be distributed several times over the length of the sound tube 4.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist der Tandemkopf 8 in einer Halterung 40 befestigt, die dem oberen Ende des anhand der Fig. 4 beschriebenen Schallrohres 4 entspricht. Die Halterung ist mit einer Schraube 41 an der Zwischenwand 33 angebracht. Die Reflektorplatte wird hier von der ebenen Oberseite 43 eines Gewindestiftes 44 gebildet, der in eine mit der Bodenplatte 26 verschraubte Halterung 43 eingeschraubt ist. Auf ein besonderes Schallrohr ist hier verzichtet. Durch die aus den Fig. 7 und 10 ersichtliche erhöhte Anordnung der Reflektorplatte wird erreicht. daß Schwitzwasser von der reflektierenden Oberseite ablaufen kann, so daß die Reflektorwirkung nicht beeinträchtigt wird.In the embodiment according to FIG. 8, the tandem head 8 is fastened in a holder 40 which corresponds to the upper end of the sound tube 4 described with reference to FIG. 4. The bracket is attached to the intermediate wall 33 with a screw 41. The reflector plate is formed here by the flat top 43 of a grub screw 44 which is screwed into a holder 43 screwed to the base plate 26. There is no special sound tube here. The increased arrangement of the reflector plate shown in FIGS. 7 and 10 is achieved. that condensation can run off the reflective top, so that the reflector effect is not impaired.

Der Schallkopf arbeitet bei den Beispielen nach dem Echolotprinzip. Damit sollen folgendeIn the examples, the transducer works on the sounder principle. So the following are supposed to

Veränderungen erfaßt werden:

- Verbiegen des Schallrohres 4 bzw. des Rechenstabes 20.
- Wassereinbruch im Rechenstab durch dessen Beschädigung.
- Drahtbruch oder Beschädigung der für den Ultraschallkopf erforderlichen elektrischen Leitungen.

Changes are recorded:

- Bending the sound tube 4 or the rake rod 20.
- Water ingress in the rake rod due to its damage.
- Broken wire or damage to the electrical cables required for the ultrasound head.

Die Überwachung nach dem Echolotprinzip erfaßt zur Erkennung der vorgenannten Veränderungen vorzugsweise eine Änderung von Signallaufzeit und Amplitude der einzelnen Meßstellen.Monitoring according to the echo sounder principle preferably detects a change in the signal propagation time and amplitude of the individual measuring points in order to detect the aforementioned changes.

Für die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Anordnungen mit mehreren benachbarten Überwachungsstrecken 3 können die Schallköpfe in den einzelnen Schallrohren gemeinsam mit einem Frequenzgenerator bei Veränderung der Puls-Pausen-Verhältnisse mittels Zufallsgenerator angesteuert werden. Als Variante ist auch eine wechselweise Gruppenansteuerung möglich. Hierbei werden die Schallköpfe 8 in Gruppen aufgeteilt und wechselweise in insbesonderen variablen Zeitabständen angesteuert.For the arrangements shown in FIGS. 1, 2 and 3 with a plurality of adjacent monitoring sections 3, the transducers in the individual sound tubes can be controlled together with a frequency generator when the pulse-pause ratios change by means of a random generator. Alternating group control is also possible. Here, the transducers 8 are divided into groups and alternately controlled at variable time intervals.

Claims

1. A controllable barrier (1, 2), in particular for the protection of objects at nuclear power stations, comprising a controlled section (3), where from a determined deformation and/or in the event of a destruction of the barrier (1, 2) a signal is transmitted, characterised in that the control section (3) is formed by an ultrasonic beam (9) which travels in a cavity (6) of the undamaged barrier (1, 2) from a transmitter (8) to a receiver (8) and whose interruption triggers a signal, where the transmitter and receiver are arranged as a tandem ultrasonic head (8) at the one end of the controlled section (3) and a reflector (7) is arranged at the other end of the controlled section (3), with whose aid the ultrasonic beam (9) is guided from the transmitter (8) to the receiver (8).

2. A barrier as claimed in Claim 1, characterised in that the controlled section (3) extends through a sound tube (4) which is inserted into the barrier (1,2).

3. A barrier as claimed in Claim 2, characterised in that the sound tube (4) includes diaphragms (37).

4. A barrier as claimed in Claim 2 or 3, characterised in that one end of the sound tube (4) is sealed by means of a reflector plate (22), and that the side of the reflector plate (22) which faces away from the inside of the tube serves as a centering head (24), by means of which the sound tube (4) is fixed in the barrier.

5. A barrier as claimed in Claim 2, 3 or 4, characterised in that the sound tube (4) is braced to the barrier by a plurality of supports (35) which are distributed over its length.

6. A barrier as claimed in one of Claims 1 to 5 comprising a plurality of adjacent controlled sections in a laminar barrier, characterised in that the controlled sections (3) are operated in aa time sequence.

7. A barrier as claimed in Claim 6, characterised in that the controlled sections (3) are controlled and/or operated with the aid of a random generator.