EP0141929A1 - Method and arrangement for measuring modifications of the capacitive state at a protecting fence - Google Patents
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- EP0141929A1 EP0141929A1 EP84109632A EP84109632A EP0141929A1 EP 0141929 A1 EP0141929 A1 EP 0141929A1 EP 84109632 A EP84109632 A EP 84109632A EP 84109632 A EP84109632 A EP 84109632A EP 0141929 A1 EP0141929 A1 EP 0141929A1
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- G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
- G08B13/22—Electrical actuation
- G08B13/26—Electrical actuation by proximity of an intruder causing variation in capacitance or inductance of a circuit
Definitions
- the invention relates to a method and an arrangement for measuring capacitive changes in state of a protective fence having a plurality of wire electrodes arranged in parallel, wherein an alternating voltage is applied to at least one of the electrodes and measurement signals are received at at least one electrode, and interference from temporal changes in the measurement signals - or alarm criteria are derived.
- Capacitive protective fences are used in particular for monitoring extensive open-air systems, since they can be used to reliably detect all changes in condition and thus also the approach and intrusion of unauthorized persons.
- a problem with such protective fences is that changes in capacity are also caused by interference, in particular by weather conditions, such as rain, snow and frost, but also by birds and small animals, which temporarily sit on the electrodes or slip under the fence. Such interferences should on the one hand not lead to the alarm being given, while on the other hand an intruding person must be reliably recognized and reported in any case.
- the object of the invention is to provide a measuring method and an arrangement for measuring capacitive changes in state of the type mentioned at the outset, the circuit complexity for the measurement being considerably reduced compared to the known methods and nevertheless high immunity to interference being ensured.
- this object is achieved in that the current intensity is determined as a measurement signal in each of the connected electrodes and a measurement value for the operating capacity of the electrode in question is obtained therefrom, and in that from the change in the measurement values of individual electrodes in comparison with their respective rest value and / or In comparison with the other electrodes, fault or alarm signals can be derived.
- each measured current value is proportional to the operating capacity of this relevant electrode with a certain connection in the entire electrode system. It is not necessary to determine the individual partial capacities and individual partial capacities.
- the measured values corresponding to the number of electrodes can be evaluated via the known properties assigned to the respective electrode. For example, electrode thickenings that occur simultaneously on all electrodes can be identified as an accumulation of water, snow or frost and can be compensated for during the evaluation.
- time-current profiles or time operating capacity profiles that differ significantly from the profile of faults.
- a human's penetration between two electrodes can be distinguished from a bird's placement by comparing the steepness of the current change with given patterns.
- the fact can be used that the current changes of neighboring electrodes are determined by the mass of the approaching body, so that here too the comparison with predetermined patterns enables a distinction to be made.
- An arrangement for carrying out the method according to the invention is expediently constructed in such a way that a transmitter device can be connected to one or more electrodes, that current measuring devices for measuring the current intensity are provided in each of the electrodes and that the current measuring devices have an evaluation circuit with comparison devices for comparing the individual measured values with the Measured values of the other electrodes determined at the same time, with the measured values of the same electrode in each case determined earlier. is connected with saved values.
- the transmitting electrodes 1S, 3S, 5S and 7S are all connected to a common alternating current transmitter S, which generates an alternating voltage U s of, for example, 100 V and 10 kHz.
- the receiving electrodes 2E, 4E and 6E are all connected to ground potential.
- Each electrode has an intrinsic capacitance compared to the earth potential, for example, the electrode 1S has the capacitance C 11 or the electrode 7S has the intrinsic capacitance C 77 .
- There are partial capacitances between the individual electrodes for example capacitance C 12 between electrodes 1S and 2E or capacitance C 52 between electrodes 5S and 2E.
- One of the current measuring devices IM1 to IM7 is switched into the circuit of each electrode 1S to 7S, the current I 1S ' I 2E ••• to I 7S flowing in the respective transmitting or receiving electrode being present when the transmission voltage U s is applied the transmitter electrodes are measured This means that a potential switchover is not required when measuring, and a single transmitter frequency is also sufficient.
- the current measured in the respective electrode is proportional to the operating capacity of this relevant electrode. For the example shown in FIG. 1, the following applies to the individual currents with the same transmission voltage U S :
- FIG. 2 shows in a block diagram the evaluation of the measurement signals obtained according to FIG. 1.
- the current measuring device IM which contains, for example, the seven current measuring devices IM1 to IM7 from FIG. 1, the seven current measured values are passed over a bandpass filter BF for further evaluation in order to switch off higher-frequency processes.
- the bandpass filter covers a range from 0.0001 Hz to about 10 Hz.
- the current measuring device IM can of course also contain a single measuring device instead of the individual measuring devices IM1 to IM7, with which the seven electrodes are scanned using multiplex technology. With each scan, the new measured values are compared in a comparison device VG1 with the earlier measured values of the same electrodes contained in a memory SP1. If the values are unchanged from the previous values or rest values, there is no need for further processing. However, the measured values are stored for a certain time, so that a certain number of comparison measured values from previous samples are available.
- the mode of operation of the comparison device VG2 can be seen from FIG. 3.
- the measured values of the operating capacitances C ⁇ are passed to a first arithmetic circuit RE1 via an AND gate AN1.
- an associated wire diameter D is calculated for each operating capacity.
- the wire diameter is a function f ⁇ of the operating capacity C. This function is different for each wire. Therefore, when the system is set up, these functions f (C ⁇ ) are determined experimentally for each electrode and stored in the calculation circuit RE1. As long as the electrodes are unchanged, the actual electrode diameter D results in the computing circuit RE1.
- This electrode diameter can increase due to weather influences, for example due to the formation of frost, which results in a corresponding change in the measured operating capacity.
- the operating capacity can also change due to other influences, such as the placement of a bird or the penetration of a human being, in such a way that an apparently enlarged electrode diameter is calculated in the computing circuit RE1.
- This mean value D m is then fed to a second arithmetic circuit RE2.
- the function g ⁇ is the inverse of the function f ⁇ described above for each individual electrode and, like this, denotes the dependence between the electrode diameter and the operating capacity for the normal state of the individual electrodes.
- the measured values C ⁇ of the individual electrodes are fed to further comparison devices VG3 and VG4.
- the slope of the change in the measured value is determined by comparison with the stored measured values from the previous scans from the memory SP1 and compared with a predetermined pattern. This evaluates the fact that, for example, a bird approaches the fence much faster than a human can.
- the curve C ⁇ V represents the course of the measured value when a bird is approaching it.
- a steep increase in the operating capacity C is determined between the two measuring times T m and T m + 1 .
- the operating capacity then remains the same until a steep drop in operating capacity indicates that the bird is flying away at a later point in time.
- the curve for the approach of a person crawling under the fence shows a completely different course.
- the curve C ⁇ M shows a relatively slow rise between the times T m and T m + 1 and, accordingly, a slower fall again at a later point in time.
- VG3 In the comparison device VG3 (FIG.
- a signal is therefore derived from the approach speed of the intruder, ie from the time course of the change in C ⁇ , in comparison with a threshold value v S. From the condition the alarm criterion vg3 is derived here.
- the changes in the measured values determined in comparison with the previous scans are compared with stored sample values. These sample values set a limit for the alarm where the mass and the measurement value caused by this mass Change in the pattern of a small animal or bird compared to the pattern caused by the mass of a human body. This is done in a simple manner by comparing the absolute measured value change ⁇ C ⁇ corresponding to the mass of the intruder with a threshold value cs.
- the threshold value for the receiving electrodes and for the transmitting electrodes can be different. This threshold value or these threshold values are also determined experimentally for the relevant plant and stored in the comparison device VG4. With each query, the relationship can the alarm criterion vg4 is derived if the change in operating capacity due to the mass of the penetrating body is above the threshold value.
- An alarm signal AL is only triggered via the coincidence element AN2 when the determined changes in measured values cannot be fully compensated for either by the mean value compensation in the comparison device VG2 or by the steepness-related compensation in the comparison device VG3 or in the delimitation compensation of the comparison device VG4.
- a sabotage detection SE is also provided in a manner known per se, as shown in FIG. 2.
- This sabotage detection device SE is supplied with both the measured current values from the current measuring device IM for the individual electrodes and the measured voltage value at the individual electrodes.
- a measuring device UM is used for voltage measurement, which can be connected via a sampling switch AS to the individual electrodes 1S to 7S with each query. If it is found in the sabotage detection device SE that the voltage drops sharply or approaches 0 or that the If the electrode current I ⁇ goes to 0 at one of the electrodes, a short circuit or a wire break is recognized and evaluated to generate a sabotage signal SAB.
- the described evaluation of the measured values is expediently carried out by a microcomputer in which the respective measured values and the values required for comparison are stored and which carries out the comparison operations.
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung von kapazitiven Zustandsänderungen an einem mehrere parallel angeordnete Drahtelektroden aufweisenden Schutzzaun, wobei jeweils eine Wechselspannung an mindestens eine der Elektroden angelegt und an mindestens einer Elektrode Meßsignale empfangen werden und wobei aus zeitlichen Änderungen der Meßsignale Störungs- bzw. Alarmkriterien abgeleitet werden.The invention relates to a method and an arrangement for measuring capacitive changes in state of a protective fence having a plurality of wire electrodes arranged in parallel, wherein an alternating voltage is applied to at least one of the electrodes and measurement signals are received at at least one electrode, and interference from temporal changes in the measurement signals - or alarm criteria are derived.
Es ist seit langem bekannt und üblich, das Eindringen unbefugter Personen in einen geschützten Bereich durch Kapazitätsmessungen bzw. durch Auswertung von Kapazitätsänderungen festzustellen und zur Alarmgabe zu verwenden. Kapazitive Schutzzäune werden insbesondere zur Überwachung ausgedehnter Freilandanlagen verwendet, da durch sie auch in unübersichtlichem Gelände alle Zustandsänderungen und damit auch die Annäherung und das Eindringen unbefugter Personen sicher erfaßt werden können. Ein Problem bei derartigen Schutzzäunen liegt jedoch darin, daß Kapazitätsänderungen auch durch Störeinflüsse verursacht werden, insbesondere durch Witterungseinflüsse, wie Regen, Schnee und Reif, aber auch durch Vögel und Kleintiere, welche sich vorübergehend auf die Elektroden setzen bzw. unter dem Zaun hindurchschlüpfen. Derartige Störeinflüsse sollen einerseits möglichst nicht zur Alarmgabe führen, während andererseits ein eindringender Mensch in jedem Fall sicher erkannt und gemeldet werden muß. Beispielsweise ist es bekannt, die Teilkapazitäten zwischen Sende- und Empfangselektroden zu messen und die resultierende Differenz dieser Teilkapazitäten über eine Differentialbrücke auszuwerten, um symmetrisch auftretende Umwelteinflüsse zu eliminieren (DE-PS 12 20 289). Bei derartigen Brückenschaltungen werden sprunghafte Kapazitätsänderungen bestimmter Größe und stetige Kapazitätsänderungen mit definierter Änderungsgeschwindigkeit als Alarmkriterien verwendet. Mit diesen relativ einfachen-Alarmkriterien liegt jedoch nur eine geringe Störsicherheit vor.It has long been known and customary to determine the intrusion of unauthorized persons into a protected area by means of capacity measurements or by evaluating changes in capacity and to use them to raise the alarm. Capacitive protective fences are used in particular for monitoring extensive open-air systems, since they can be used to reliably detect all changes in condition and thus also the approach and intrusion of unauthorized persons. A problem with such protective fences, however, is that changes in capacity are also caused by interference, in particular by weather conditions, such as rain, snow and frost, but also by birds and small animals, which temporarily sit on the electrodes or slip under the fence. Such interferences should on the one hand not lead to the alarm being given, while on the other hand an intruding person must be reliably recognized and reported in any case. For example, it is known to measure the partial capacitances between the transmitting and receiving electrodes and to evaluate the resulting difference between these partial capacitances via a differential bridge in order to eliminate symmetrically occurring environmental influences (
Es ist auch bereits bekannt (DE-OS 31 10 352), die Teilkapazitäten und die Eigenteilkapazitäten eines Elektrodensystems durch Umschalten der Potentiale der einzelnen Elektroden zu messen. Die Meßergebnisse, nämlich alle Systemkapazitäten, werden dabei über Mikrocomputer ausgewertet, so daß eine hohe Störsicherheit erzielt wird. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß in der Nähe der Elektroden eine Vielzahl aufwendiger Umschalteinrichtungen vorzusehen ist, und daß dabei relativ hohe Potentiale ständig zwischen den einzelnen Elektroden umgeschaltet werden müssen. Außerdem kann immer nur eine Teil- bzw. Eigenteilkapazität pro Messung gewonnen werden. Wegen der Einschwingzeiten beim Umschalten dauert eine vollständige Messung deshalb verhältnismäßig lange.It is also already known (DE-OS 31 10 352) to measure the partial capacities and the inherent partial capacities of an electrode system by switching over the potentials of the individual electrodes. The measurement results, namely all system capacities, are evaluated using microcomputers so that a high level of interference immunity is achieved. However, this method has the disadvantage that a large number of complex switching devices must be provided in the vicinity of the electrodes, and that relatively high potentials must be constantly switched between the individual electrodes. In addition, only a partial or own part capacity can be obtained per measurement. Because of the settling times when switching, a complete measurement therefore takes a relatively long time.
In der älteren Anmeldung P 32 22 640.3 ist auch bereits ein Verfahren beschrieben, bei dem die Teil- und die Eigen-. teilkapazitäten eines Elektrodensystems durch Verwendung unterschiedlicher Frequenzen alle gleichzeitig gemessen werden können. Auch in diesem Fall kann durch die Auswertung über Mikrocomputer eine hohe Störsicherheit erzielt werden. Doch hat auch dieses Verfahren den Nachteil, daß wegen der unterschiedlichen Meßfrequenzen ein hoher Schaltungsaufwand für die Sender und die Empfangseinrichtungen mit entsprechenden Filtern erforderlich ist.In the earlier application P 32 22 640.3 a method has already been described in which the partial and the proprietary. partial capacities of an electrode system can all be measured simultaneously using different frequencies. In this case, too, high interference immunity can be achieved by evaluation using microcomputers. However, this method also has the disadvantage that, because of the different measuring frequencies, a high level of circuitry is required for the transmitters and the receiving devices with appropriate filters.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßverfahren und eine Anordnung zur Messung von kapazitiven Zustandsänderungen der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei der Schaltungsaufwand für die Messung gegenüber den bekannten Verfahren erheblich vermindert ist und trotzdem eine hohe Störsicherheit gewährleistet werden kann.The object of the invention is to provide a measuring method and an arrangement for measuring capacitive changes in state of the type mentioned at the outset, the circuit complexity for the measurement being considerably reduced compared to the known methods and nevertheless high immunity to interference being ensured.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in jeder der angeschalteten Elektroden jeweils die Stromstärke als Meßsignal ermittelt und daraus ein Meßwert für die Betriebskapazität der betreffenden Elektrode gewonnen wird und daß aus der Änderung der Meßwerte einzelner Elektroden im Vergleich mit ihrem jeweiligen Ruhewert und/oder im Vergleich mit den übrigen Elektroden Störungs- bzw. Alarmsignale abgeleitet werden.According to the invention, this object is achieved in that the current intensity is determined as a measurement signal in each of the connected electrodes and a measurement value for the operating capacity of the electrode in question is obtained therefrom, and in that from the change in the measurement values of individual electrodes in comparison with their respective rest value and / or In comparison with the other electrodes, fault or alarm signals can be derived.
Mit der erfindungsgemäßen Strommessung an den einzelnen Elektroden erhält man eine der Elektrodenzahl entsprechende Anzahl von Meßwerten und damit eine hohe Redundanz der Alarmaussage. Jeder gemessene Stromwert ist proportional der Betriebskapazität dieser betreffenden Elektrode bei einer bestimmten Anschaltung im gesamten Elektrodensystem• Es ist dabei nicht erforderlich, die einzelnen Teilkapazitäten und Eigenteilkapazitäten zu bestimmen.With the current measurement according to the invention at the individual electrodes, a number of measured values corresponding to the number of electrodes is obtained and thus a high redundancy of the alarm message. Each measured current value is proportional to the operating capacity of this relevant electrode with a certain connection in the entire electrode system. It is not necessary to determine the individual partial capacities and individual partial capacities.
Die der Elektrodenanzahl entsprechenden Meßwerte können über die bekannten, der jeweiligen Elektrode zugeordneten Eigenschaften ausgewertet werden. Beispielsweise können Elektrodenverdickungen, die an allen Elektroden gleichzeitig auftreten, als Ansammlung von Wasser, Schnee oder Reif identifiziert und bei der Auswertung kompensiert werden.The measured values corresponding to the number of electrodes can be evaluated via the known properties assigned to the respective electrode. For example, electrode thickenings that occur simultaneously on all electrodes can be identified as an accumulation of water, snow or frost and can be compensated for during the evaluation.
Zur Kompensation von gleichmäßig wirkenden Störeinflüssen, wie den erwähnten Witterungseinflüssen, ist es zweckmäßig, aus den Meßwerten aller Elektroden einen Mittelwert zu bilden und jeden einzelnen Meßwert, der mit einem aus der geometrischen Anordnung abgeleiteten Faktor multipliziert wird, mit diesem Mittelwert zu vergleichen. Bei allgemeinen Witterungseinflüssen muß dann die Differenz zwischen dem Mittelwert und den mit einem Faktor versehenen Einzelwerten jeweils etwa Null ergeben. Weicht diese Differenz aber für einzelne Elektroden signifikant von Null ab, so läßt sich daraus schließen,daß sich speziell an diesen Elektroden ein Objekt befindet, welches über die Witterungseinflüsse hinaus die Kapazität wesentlich verändert hat.To compensate for uniformly acting interferences, such as the weather influences mentioned, it is expedient to add an average value from the measured values of all electrodes form and compare each individual measured value, which is multiplied by a factor derived from the geometric arrangement, with this mean value. In the case of general weather influences, the difference between the mean value and the individual values provided with a factor must then be approximately zero. However, if this difference deviates significantly from zero for individual electrodes, it can be concluded that there is an object specifically on these electrodes which has changed the capacitance significantly beyond the weather conditions.
Für einen (menschlichen) Eindringling gibt es weiterhin charakteristische Zeit-Strom-Verläufe bzw. Zeit-Betriebskapazitätsverläufe, die sich gegenüber dem Verlauf von Störungen gravierend unterscheiden. So kann man etwa das Eindringen eines Menschen zwischen zwei Elektroden von dem Aufsetzen eines Vogels dadurch unterscheiden, daß man die Steilheit der Stromänderung mit vorgegebenen Mustern vergleicht. Für die Abgrenzung zwischen einem Menschen und einem durchschlüpfenden Kleintier kann der Umstand herangezogen werden, daß die Stromänderungen benachbarter Elektroden von der Masse des sich annähernden Körpers bestimmt wird, so daß auch hier der Vergleich mit vorgegebenen Mustern eine Unterscheidung ermöglicht.For a (human) intruder, there are also characteristic time-current profiles or time operating capacity profiles that differ significantly from the profile of faults. For example, a human's penetration between two electrodes can be distinguished from a bird's placement by comparing the steepness of the current change with given patterns. For the demarcation between a human and a hatching small animal, the fact can be used that the current changes of neighboring electrodes are determined by the mass of the approaching body, so that here too the comparison with predetermined patterns enables a distinction to be made.
Für spezielle Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, alle Elektroden als Sendeelektroden an die Wechselspannung des Senders anzuschalten. Für einen Sicherheitszaun ist es jedoch im allgemeinen zweckmäßig, die Elektroden teilweise als Sendeelektroden und teilweise als geerdete Empfangselektroden zu schalten, wobei in besonders vorteilhafter Ausführungsform die aufeinanderfolgend angeordneten Elekroden jeweils abwechselnd als Sendeelektroden und als Empfangselektroden geschaltet werden. Durch die Messung der Sender- und Empfängerströme läßt sich eine besonders gute und redundante Alarmaussage gewinnen, da für einen den Zaun durchdringenden Intruder die Änderungen von Sender- und Empfängerströmen gegenläufig sind. Die Auswertung der Strommessungen wird im übrigen besonders einfach, wenn die Sendeelektroden alle an der gleichen Spannung und die Empfangselektroden auf Erdpotential geschaltet sind.For special applications, it can be advantageous to connect all electrodes as transmitter electrodes to the alternating voltage of the transmitter. For a security fence, however, it is generally expedient to switch the electrodes partly as transmitting electrodes and partly as earthed receiving electrodes, with the successively arranged electrodes being switched alternately as transmitting electrodes and receiving electrodes in a particularly advantageous embodiment. A particularly good and redundant alarm statement can be obtained by measuring the transmitter and receiver currents, since for an intruder penetrating the fence, the changes in transmitter and receiver currents are in opposite directions. The evaluation of the current measurements is also particularly simple if the transmitter electrodes are all connected to the same voltage and the receiver electrodes are connected to ground potential.
Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zweckmäßigerweise so aufgebaut, daß eine Sendeeinrichtung mit einem oder mehreren Elektroden verbindbar ist, daß Strommeßeinrichtungen zur Messung der Stromstärke in jeder der Elektroden vorgesehen sind und daß den Strommeßeinrichtungen eine Auswerteschaltung mit Vergleichseinrichtungen zum Vergleich der einzelnen Meßwerte mit den gleichzeitig ermittelten Meßwerten der übrigen Elektroden, mit den zu einem früheren Zeitpunkt ermittelten Meßwerten der jeweils gleichen Elektrode und . mit gespeicherten Werten nachgeschaltet ist.An arrangement for carrying out the method according to the invention is expediently constructed in such a way that a transmitter device can be connected to one or more electrodes, that current measuring devices for measuring the current intensity are provided in each of the electrodes and that the current measuring devices have an evaluation circuit with comparison devices for comparing the individual measured values with the Measured values of the other electrodes determined at the same time, with the measured values of the same electrode in each case determined earlier. is connected with saved values.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt
- Fig. 1 die schematische Anordnung eines Schutzzauns mit Sender und Strommeßeinrichtungen,
- Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Auswertung der an dem Schutzzaun gewonnenen Meßwerte,
- Fig. 3 eine detailliertere Schaltung der Funktionseinheiten in der Vergleichseinrichtung VG2,
- Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Kapazitätsänderungen aufgrund unterschiedlicher Annäherungsgeschwindigkeiten eines Vogels und eines Menschen.
- Fig. 1 zeigt schematisch einen Schutzzaun mit sieben
- 1 shows the schematic arrangement of a protective fence with transmitter and current measuring devices,
- 2 shows a block diagram for the evaluation of the measured values obtained on the protective fence,
- 3 shows a more detailed circuit of the functional units in the comparison device VG2,
- Fig. 4 is a diagram showing the changes in capacity due to different approach speeds of a bird and a human.
- Fig. 1 shows schematically a protective fence with seven
Elektroden, die in der Reihenfolge ihrer Anordnung übereinander abwechselnd als Sendeelektroden und als Empfangselektroden geschaltet sind. So sind die Sendeelektroden 1S, 3S, 5S und 7S alle an einen gemeinsamen Wechselstromsender S angeschaltet, der eine Wechselspannung Us von beispielsweise 100 V und 10 kHz erzeugt. Die Empfangselektroden 2E, 4E und 6E sind dagegen alle an Erdpotential geschaltet. Jede Elektrode besitzt gegenüber dem Erdpotential eine Eigenteilkapazität, beispielsweise die Elektrode 1S die Kapazität C11 oder die Elektrode 7S die Eigenteilkapazität C77. Zwischen den einzelnen Elektroden bestehen jeweils Teilkapazitäten, etwa zwischen den Elektroden 1S und 2E die Kapazität C12 oder zwischen den Elektroden 5S und 2E die Kapazität C52.Electrodes that are alternately connected one above the other as transmitting electrodes and as receiving electrodes in the order of their arrangement. The transmitting
In den Stromkreis einer jeden Elektrode 1S bis 7S ist eines der Strommeßgeräte IM1 bis IM7 eingeschaltet, wobei jeweils der in der betreffenden Sende- oder Empfangselek- trode fließende Strom I 1S' I 2E ••• bis I7S beim Anliegen der Sendespannung Us an die Sendeelektroden gemessen wird Damit ist eine Potentialumschaltung beim Messen nicht erforderlich, außerdem genügt eine einzige Sendefrequenz. Der in der jeweiligen Elektrode gemessene Strom ist der Betriebskapazität dieser betreffenden Elektrode proportional. Für das dargestellte Beispiel von Fig. 1 gilt für die einzelnen Ströme bei gleicher Sendespannung US:
Die in Klammer stehende Summe der jeweiligen Teilkapazitäten und Eigenteilkapazitäten ist dabei die Betriebskapazität für die betreffende Elektrode. Bei einem System von n Elektroden werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren also n Ströme bzw. n Betriebskapazitäten Cp mit µ = 1 ... n gemessen. Daraus können n Meßwerte für die weitere Auswertung gewonnen werden. Eine Ermittlung der einzelnen Teilkapazitäten bzw. Eigenteilkapazitäten ist also dabei nicht erforderlich.The sum of the respective partial capacities and own partial capacities in parentheses is the operating capacity for the electrode in question. With a system With the method according to the invention, n currents or n operating capacitances Cp of μ = 1 ... n are measured from n electrodes. From this, n measured values can be obtained for further evaluation. It is therefore not necessary to determine the individual partial capacities or own partial capacities.
Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild die Auswertung der gemäß Fig. 1 gewonnenen Meßsignale. Von der Strommeßeinrichtung IM, die beispielsweise die sieben Strommeßgeräte IM1 bis IM7 aus Fig. 1 enthält, werden die sieben Strommeßwerte zur weiteren Auswertung über ein Bandpaßfilter BF geführt, um höherfrequente Vorgänge auszuschalten. Beispielsweise umfaßt das Bandpaßfilter einen Bereich von 0,0001 Hz bis etwa 10 Hz. Die Strommeßeinrichtung IM kann natürlich anstelle der einzelnen Meßgeräte IM1 bis IM7 auch ein einziges Meßgerät enthalten, mit welchem in Multiplextechnik die sieben Elektroden abgetastet werden. Bei jeder Abtastung werden die neuen Meßwerte in einer Vergleichseinrichtung VG1 mit den in einem Speicher SP1 enthaltenen früheren Meßwerten der gleichen Elektroden verglichen. Sind die Werte gegenüber den früheren Werten bzw. Ruhewerten unverändert, so besteht keine Notwendigkeit für eine weitere Verarbeitung. Die Meßwerte werden jedoch eine bestimmte Zeit gespeichert, so daß jeweils eine bestimmte Anzahl von Vergleichs-Meßwerten aus vorangehenden Abtastungen zur Verfügung stehen.FIG. 2 shows in a block diagram the evaluation of the measurement signals obtained according to FIG. 1. From the current measuring device IM, which contains, for example, the seven current measuring devices IM1 to IM7 from FIG. 1, the seven current measured values are passed over a bandpass filter BF for further evaluation in order to switch off higher-frequency processes. For example, the bandpass filter covers a range from 0.0001 Hz to about 10 Hz. The current measuring device IM can of course also contain a single measuring device instead of the individual measuring devices IM1 to IM7, with which the seven electrodes are scanned using multiplex technology. With each scan, the new measured values are compared in a comparison device VG1 with the earlier measured values of the same electrodes contained in a memory SP1. If the values are unchanged from the previous values or rest values, there is no need for further processing. However, the measured values are stored for a certain time, so that a certain number of comparison measured values from previous samples are available.
Haben sich die Meßwerte gegenüber einer früheren Abtastung geändert, so erzeugt die Vergleichseinrichtung VG1 ein Signal für die weiteren Vergleichseinrichtungen VG2, VG3 und VG4. Beim Anliegen dieses Signals werden die Meßwerte für die Betriebskapazitäten Cµ (µ = 1 ... 7) von der Vergleichseinrichtungs VG1 bzw. über den Speicher SP1 den weiteren Vergleichseinrichtungen VG2, VG3 und VG4 zugeführt. In diesen Vergleichseinrichtungen werden Alarmkriterien nach unterschiedlichen Gesichtspunkten abgeleitet.If the measured values have changed compared to an earlier scan, the comparison device VG1 generates a signal for the further comparison devices VG2, VG3 and VG4. When this signal is present, the measured values for the operating capacities C µ (µ = 1 ... 7) are fed from the comparison device VG1 or via the memory SP1 to the further comparison devices VG2, VG3 and VG4. In these comparison devices, alarms criteria derived from different points of view.
Die Wirkungsweise der Vergleichseinrichtung VG2 ist anhand von Fig. 3 zu ersehen. Mit dem Signal von der Vergleichseinrichtung VG1 werden die Meßwerte der Betriebskapazitäten Cµ über ein UND-Glied AN1 an eine erste Rechenschaltung RE1 gegeben. In dieser Rechenschaltung wird für jede Betriebskapazität ein zugehöriger Drahtdurchmesser D berechnet. Der Drahtdurchmesser ist eine Funktion fµ von der Betriebskapazität C . Diese Funktion ist für jeden Draht unterschiedlich. Deshalb werden bei Errichtung der Anlage diese Funktionen f (Cµ) für jede Elektrode experimentell ermittelt und in der Rechenschaltung RE1 gespeichert. Solange die Elektroden unverändert sind, ergibt sich in der Rechenschaltung RE1 der tatsächliche Elektrodendurchmesser D. Durch Witterungseinflüsse, beispielsweise durch Reifbildung, kann dieser Elektrodendurchmesser sich vergrößern, was eine entsprechende Änderung der gemessenen Betriebskapazität zur Folge hat. Aber auch durch andere Einflüsse, wie durch das Aufsetzen eines Vogels oder durch das Eindringen eines Menschen, kann sich die Betriebskapazität so verändern, daß in der Rechenschaltung RE1 ein scheinbar vergrößerter Elektrodendurchmesser errechnet wird.The mode of operation of the comparison device VG2 can be seen from FIG. 3. With the signal from the comparison device VG1, the measured values of the operating capacitances C μ are passed to a first arithmetic circuit RE1 via an AND gate AN1. In this arithmetic circuit, an associated wire diameter D is calculated for each operating capacity. The wire diameter is a function f µ of the operating capacity C. This function is different for each wire. Therefore, when the system is set up, these functions f (C µ ) are determined experimentally for each electrode and stored in the calculation circuit RE1. As long as the electrodes are unchanged, the actual electrode diameter D results in the computing circuit RE1. This electrode diameter can increase due to weather influences, for example due to the formation of frost, which results in a corresponding change in the measured operating capacity. However, the operating capacity can also change due to other influences, such as the placement of a bird or the penetration of a human being, in such a way that an apparently enlarged electrode diameter is calculated in the computing circuit RE1.
Aus den in der Rechenschaltung RE1 errechneten Elektrodendurchmessern Dµ (µ = 1 ... 7) wird dann in dem Mittelwertbildner MB ein Mittelwert gebildet, und zwar nach der BeziehungFrom the electrode diameters D µ ( µ = 1 ... 7) calculated in the calculation circuit RE1, an average is then formed in the mean value generator MB, specifically according to the relationship
In der zweiten Rechenschaltung RE2 wird der Mittelwert Dm wiederum in einen Wert für die Betriebskapazität für jede einzelne Elektrode umgerechnet, und zwar nach der Beziehung C'µ = g (DM).In the second arithmetic circuit RE2, the mean value D m is in turn converted into a value for the operating capacity for converted every single electrode, according to the relationship C'µ = g (D M ).
Die Funktion gµ ist die Umkehrfunktion zu der oben beschriebenen Funktion fµ für jede einzelne Elektrode und bezeichnet wie diese die Abhängigkeit zwischen Elektrodendurchmesser und Betriebskapazität für den Normalzustand der einzelnen Elektroden. Die Werte für g für µ = 1 ... 7 werden wie die Werte für f für die Anlage im Normalzustand experimentell ermittelt bzw. aus f berechnet und in die Rechenschaltung RE2 eingespeichert. Dort wird nunmehr jeweils aus dem Elektrodendurchmesser-Mittelwert DM über die Funktion gµ für jede Elektrode der Wert C' = g (DM) gebildet und von dem Meßwert für die Betriebskapazität Cµ subtrahiert. Das ergibt für jede Elektrode einen kompensierten Meßwert der Betriebskapazität Cuk. Durch diese Kompensation der Meßwerte über die beschriebene Mittelwertbildung und Subtraktion ergibt sich für alle Elektroden ein Wert von etwa 0, solange eine gleichmäßige Elektrodenverdickung durch Witterungseinflüsse vorliegt. Unterscheidet sich aber der Differenzbetrag, d.h. der kompensierte Wert Cuk, bei einzelnen Elektroden wesentlich von 0 bzw. einem Schwellenwert CSµ, so ist daraus ein Eindringling zu erkennen. Zu diesem Zweck werden die Werte Cµk einer Komparatoreinrichtung KO zugeführt, in der für jede Elektrode ein Schwellenwert CSµ gespeichert ist. Ergibt sich in der Komparatoreinrichtung, daß ein Wert Cµk größer ist als der zugehörige Schwellenwert SSµ, so wird am Ausgang ein Signal vg2 abgegeben.The function g μ is the inverse of the function f μ described above for each individual electrode and, like this, denotes the dependence between the electrode diameter and the operating capacity for the normal state of the individual electrodes. The values for g for µ = 1 ... 7 are determined experimentally like the values for f for the system in the normal state or calculated from f and stored in the calculation circuit RE2. There, the value C '= g (D M ) is now formed from the average electrode diameter D M via the function g µ for each electrode and subtracted from the measured value for the operating capacity C µ . This results in a compensated measured value of the operating capacity C uk for each electrode. This compensation of the measured values via the described averaging and subtraction results in a value of approximately 0 for all electrodes, as long as there is a uniform thickening of the electrodes due to weather influences. However, if the difference, ie the compensated value C uk , differs significantly from 0 or a threshold value C Sµ in the case of individual electrodes, an intruder can be identified from this. For this purpose, the values C µk are fed to a comparator device KO in which a threshold value C Sµ is stored for each electrode. If it is found in the comparator device that a value C µk is greater than the associated threshold value S Sµ , a signal vg2 is emitted at the output.
Um weiterhin unterscheiden zu können, ob es sich bei dem festgestellten Eindringling um einen Vogel, ein Kleintier oder um einen Menschen handelt, werden die Meßwerte Cµ der einzelnen Elektroden weiteren Vergleichseinrichtungen VG3 und VG4 zugeführt.In order to be able to further differentiate whether the intruder identified is a bird, a small animal or a human, the measured values C μ of the individual electrodes are fed to further comparison devices VG3 and VG4.
In der Vergleichseinrichtung VG3 wird durch Vergleich mit den gespeicherten Meßwerten der vorangehenden Abtastungen aus dem Speicher SP1 die Steilheit der Meßwertänderung ermittelt und mit einem vorgegebenen Muster verglichen. Hierbei wird die Tatsache ausgewertet, daß beispielsweise ein Vogel sich wesentlich schneller an den Zaun annähert als dies ein Mensch tun kann.In the comparison device VG3, the slope of the change in the measured value is determined by comparison with the stored measured values from the previous scans from the memory SP1 and compared with a predetermined pattern. This evaluates the fact that, for example, a bird approaches the fence much faster than a human can.
Fig. 4 zeigt hierzu ein Diagramm, wobei ein typischer Verlauf der Betriebskapazität C über der Zeit aufgetragen ist. Die Kurve CµV stellt den Verlauf des Meßwerts beim Anfliegen eines Vogels dar. Zwischen den beiden Meßzeitpunkten Tm und Tm+1 wird ein steiler Anstieg der Betriebskapazität C festgestellt. Die Betriebskapazität bleibt danach gleich, bis zu einem späteren Zeitpunkt ein steiler Abfall der Betriebskapazität das Wegfliegen des Vogels anzeigt. Im Vergleich dazu zeigt die Kurve für die Annäherung eines beispielsweise unter dem Zaun hindurchkriechenden Menschen einen völlig anderen Verlauf. Die Kurve CµM zeigt zwischen den Zeitpunkten Tm und Tm+1 einen verhältnismäßig langsamen Anstieg und entsprechend zu einem späteren Zeitpunkt auch wieder einen langsameren Abfall. In der Vergleichseinrichtung VG3 (Fig. 2) wird deshalb aus der Annäherungsgeschwindigkeit des Eindringlings, d.h., aus dem zeitlichen Verlauf der Änderung von Cµ, im Vergleich mit einem Schwellenwert vS ein Signal abgeleitet. Aus der Bedingung
In der Vergleichseinrichtung VG4 werden die im Vergleich mit den vorhergehenden Abtastungen ermittelten Meßwertänderungen mit gespeicherten Musterwerten verglichen. Diese Musterwerte setzen eine Grenze für die Alarmgabe dört, wo die Masse und die durch diese Masse verursachte Meßwertänderung dem Muster eines Kleintieres oder eines Vogels im Vergleich zu dem durch die Masse eines menschlichen Körpers verursachten Muster zuzuordnen ist. Dies geschieht in einfacher Weise dadurch, daß die der Masse des Eindringlings entsprechende absolute Meßwertänderung Δ Cµ in Vergleich gesetzt wird mit einem Schwellenwert cs. Dabei kann der Schwellenwert für die Empfangselektroden und für die Sendeelektroden unterschiedlich sein. Dieser Schwellenwert bzw. diese Schwellenwerte werden ebenfalls fürdie betreffende Anlage experimentell ermittelt und in der Vergleichseinrichtung VG4 gespeichert. Bei jeder Abfrage kann somit aus der Beziehung
Erst wenn die festgestellten Meßwertänderungen weder durch die Mittelwertkompensation in der Vergleichseinrichtung VG2 noch durch die steilheitsbedingte Kompensation in der Vergleichseinrichtung VG3 noch in der Abgrenzungskompensation der Vergleichseinrichtung VG4 völlig kompensiert werden kann, wird über das Koinzidenzglied AN2-ein Alarmsignal AL ausgelöst.An alarm signal AL is only triggered via the coincidence element AN2 when the determined changes in measured values cannot be fully compensated for either by the mean value compensation in the comparison device VG2 or by the steepness-related compensation in the comparison device VG3 or in the delimitation compensation of the comparison device VG4.
Daneben ist in an sich bekannter Weise auch noch eine Sabotageerkennung SE vorgesehen, wie in Fig. 2 dargestellt. Dieser Sabotageerkennungseinrichtung SE werden sowohl die gemessenen Stromwerte aus der Strommeßeinrichtung IM für die einzelnen Elektroden als auch der gemessene Spannungswert an den einzelnen Elektroden zugeführt. Zur Spannungsmessung dient ein Meßgerät UM, welches über einen Abtastschalter AS bei jeder Abfrage an die einzelnen Elektroden 1S bis 7S anschaltbar ist. Wird in der Sabotageerkennungseinrichtung SE festgestellt, daß die Spannung stark abfällt bzw. gegen 0 geht oder daß der Elektrodenstrom Iµ an einer der Elektroden gegen 0 geht, so wird daraus ein Kurzschluß oder ein Drahtbruch erkannt und zur Erzeugung eines Sabotagesignals SAB ausgewertet.In addition, a sabotage detection SE is also provided in a manner known per se, as shown in FIG. 2. This sabotage detection device SE is supplied with both the measured current values from the current measuring device IM for the individual electrodes and the measured voltage value at the individual electrodes. A measuring device UM is used for voltage measurement, which can be connected via a sampling switch AS to the
Zweckmäßigerweise wird die beschriebene Auswertung der Meßwerte durch einen Mikrocomputer vorgenommen, in welchem die jeweiligen Meßwerte und die zum Vergleich benötigten Werte gespeichert sind und der die Vergleichsoperationen durchführt.The described evaluation of the measured values is expediently carried out by a microcomputer in which the respective measured values and the values required for comparison are stored and which carries out the comparison operations.
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