EP0256482A1

EP0256482A1 - Capacitive safety fence

Info

Publication number: EP0256482A1
Application number: EP87111564A
Authority: EP
Inventors: Uwe Metzner; Peer Dr.-Ing. Thilo
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1987-08-10
Publication date: 1988-02-24

Abstract

The capacitive security fence with transmitter and receiver electrodes, which are arranged on the fence by means of insulators, is characterised by the fact that each insulator (J) for the transmitter electrodes (EL) is designed as an active insulator with a current balancing device (V,S,C) for the insulator current (IJ). The active insulator consists of a simple insulator (J) and a resistor (R) connected in series with it and an amplifier (V) connected in parallel with the resistor; the amplifier controls a current source (S) which supplies a balancing current (IK) via a coupling capacitor (C) to the electrode connection (EL) on the insulator (J). The controlled current source can be arranged with its lower end either connected to earth (E) or to the junction (VP) of the series circuit consisting of insulator (J) and resistor (R). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Schutzzaun mit Sende- und Empfangselektroden, die mittels Isolatoren an geerdeten Zaunmasten angeordnet sind, wobei die über die Elektrodenkapazitäten fließenden Elektrodenströme gemessen und in einer zentralen Auswerteeinrichtung aus ermittelten Kapazitätsänderungen ein Intruder-Alarm abgeleitet wird.The invention relates to a capacitive protective fence with transmitting and receiving electrodes which are arranged by means of insulators on earthed fence poles, the electrode currents flowing over the electrode capacities being measured and an intruder alarm being derived in a central evaluation device from determined changes in capacitance.

Bei Intrusionsschutzsystemen mit einem kapazitiven Schutzzaun werden Sende- und Empfangs-Elektroden benötigt, die isoliert befestigt sind. Gemessen und bewertet werden die durch die Elektrodenkapazitäten fließenden Ströme, wie dies beispielsweise in der DE-OS 33 29 554 beschrieben ist. Aus den gemessenen Elektrodenströmen bzw. ermittelten Betriebskapazitäten werden durch Intruder verursachte Kapazitätsänderungen abgeleitet, die zu einer Alarmgabe führen. Die Elektrodenströme werden jedoch durch Ströme, die durch die Isolatoren fließen, verfälscht. Besonders kritisch sind hier die Sendeelektroden, da bei diesen eine hohe Spannung (z.B. 100 Volt) am Isolator liegt und deswegen schon relativ große Isolationsströme fließen können, selbst wenn der Isolator noch einen recht großen Widerstand hat.In intrusion protection systems with a capacitive protective fence, transmitting and receiving electrodes are required, which are attached in an insulated manner. The currents flowing through the electrode capacitances are measured and evaluated, as described, for example, in DE-OS 33 29 554. Capacity changes caused by intruders are derived from the measured electrode currents or determined operating capacities, which lead to an alarm. However, the electrode currents are falsified by currents flowing through the insulators. The transmitter electrodes are particularly critical here, since they have a high voltage (e.g. 100 volts) at the insulator and therefore relatively large insulation currents can flow, even if the insulator still has a fairly large resistance.

Es wird daher häufig auf die Messung der Sendeelektrodenströme verzichtet und dadurch ein beträchtlicher Informationsverlust in Kauf genommen. Außerdem wurden bereits immer bessere Isolatoren entwickelt, so z.B. spezielle Isolatoren, die für den kapazitiven Intrusionsschutz geeignet sind (DE-GM 83 33 086) und mit deren Hilfe die Fehlereinflüsse verringert werden können. Für einen kapazitiven Schutzzaun sind jedoch ein Vielzahl hochwertiger, daher teuerer Spezialisolatoren erforderlich, wobei störende Kriechströme dennoch nicht ganz zu vermeiden sind.Therefore, the measurement of the transmission electrode currents is often dispensed with and therefore a considerable one Accepted loss of information. In addition, better and better isolators have already been developed, for example special isolators which are suitable for capacitive intrusion protection (DE-GM 83 33 086) and which can be used to reduce the effects of errors. A large number of high-quality, and therefore expensive, special insulators are required for a capacitive protective fence, although disturbing leakage currents cannot be completely avoided.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden und bei einem eingangs geschilderten kapazitiven Schutzzaun die störenden Einflüsse an den Isolatoren zu verringern, um die Elektrodenströme präziser messen und die Kapazitätsänderungen zuverlässiger erkennen zu können.The object of the invention is to avoid the disadvantages described above and to reduce the disturbing influences on the insulators in the case of a capacitive protective fence described in the introduction, in order to measure the electrode currents more precisely and to be able to detect the changes in capacitance more reliably.

Diese Aufgabe wird bei einem oben beschriebenen kapazitiven Schutzzaun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Isolator für die Sendeelektroden als aktiver Isolator mit einer Strom-Kompensationseinrichtung für den Isolatorstrom ausgebildet ist.This object is achieved according to the invention in a capacitive protective fence described above in that each insulator for the transmitting electrodes is designed as an active insulator with a current compensation device for the insulator current.

Der erfindungsgemäße Isolator ist als aktiver Isolator ausgebildet und verwendet zusätzlich zu einem herkömmlichen (passiven) Isolator ein aktives Element, das den störenden Isolatorstrom mißt und einen kompensierenden Strom in die Isolationsstrecke derart einspeist, daß die Summe aus beiden Strömen nahezu Null ist und somit der aktive Isolator keinen störenden Einfluß besitzt und sich wie ein idealer Isolator verhält. Das ist vorteilhafterweise auch dann der Fall, wenn der passive Isolator relativ schlecht isoliert. Dabei kann erfindungsgemäß der passive Isolator durch einen einfachen und billigen Isolator realisiert werden, so daß auch die Mehrkosten für das aktive Element kompensiert werden. Die dazu jeweils notwendige Energieversorgung kann durch Primärelemente, z.B. Siliziumbatterien, Solarzellen mit zusätzlichen Akumulatoren oder durch Ankopplung an die Elektrodenspannung erfolgen.The isolator according to the invention is designed as an active isolator and, in addition to a conventional (passive) isolator, uses an active element which measures the disturbing isolator current and feeds a compensating current into the isolation path in such a way that the sum of the two currents is almost zero and thus the active one Isolator has no disturbing influence and behaves like an ideal isolator. This is advantageously also the case when the passive isolator insulates relatively poorly. According to the invention, the passive isolator can be implemented by a simple and inexpensive isolator, so that the additional costs be compensated for the active element. The energy supply required for this can be provided by primary elements, for example silicon batteries, solar cells with additional batteries, or by coupling to the electrode voltage.

Zweckmäßigerweise ist der passive Isolator in Reihe mit einem Meßwiderstand angeordnet, durch den ebenfalls der Isolatorstrom fließt. Am Meßwiderstand wird der dadurch hervorgerufene Spannungsabfall gemessen und einem Verstärker zugeführt, der den gemessenen Isolatorstrom verstärkt und eine nachgeschaltete gesteuerte Stromquelle derart steuert, daß über einen Koppelkondensator ein entsprechender Kompensationsstrom an den Elektrodenanschluß des Isolators gegeben wird. Dabei kann der andere Anschluß der gesteuerten Stromquelle an Erde liegen. In jedem Fall wird auf diese Weise erreicht, daß die Summe der Ströme, nämlich Isolatorstrom und Kompensationsstrom, nahezu Null wird und damit keine störende Belastung an der Sendeelektrode darstellt.The passive insulator is expediently arranged in series with a measuring resistor through which the insulator current also flows. The voltage drop caused by this is measured at the measuring resistor and fed to an amplifier which amplifies the measured insulator current and controls a downstream controlled current source in such a way that a corresponding compensation current is applied to the electrode connection of the insulator via a coupling capacitor. The other connection of the controlled current source can be connected to earth. In any case, it is achieved in this way that the sum of the currents, namely the isolator current and the compensation current, becomes almost zero and thus does not represent a disturbing load on the transmitting electrode.

In einer anderen, vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Fußpunkt der gesteuerten Stromquelle, die beispielsweise mit Hilfe eines Transistors realisiert werden kann, mit dem Verbindungspunkt des Isolators und des Meßwiderstandes verbunden. Das hat den Vorteil, daß die Summe von Isolatorstrom und Kompensationsstrom durch den Meßwiderstand fließt und somit eine sehr kleine Spannung am Meßwiderstand anliegt. Mit dieser Gegenkopplung wird erreicht, daß weder der Verstärker noch die gesteuerte Stromquelle in ihren Eigenschaften sehr präzise und konstant sein müssen, weil die Verstärkung unkritisch ist, wenn sie nur hinreichend groß ist.In another advantageous embodiment of the invention, the base point of the controlled current source, which can be implemented, for example, with the aid of a transistor, is connected to the connection point of the insulator and the measuring resistor. This has the advantage that the sum of the isolator current and the compensation current flows through the measuring resistor and thus a very small voltage is present at the measuring resistor. With this negative feedback it is achieved that neither the amplifier nor the controlled current source have to be very precise and constant in their properties, because the gain is not critical if it is only sufficiently large.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.The invention is explained with reference to the drawing.

Dabei zeigen

Fig. 1 und 2 schematisch zwei mögliche Strom-Kompensationsschaltungen des erfindungsgemäßen aktiven Isolators.

Show

1 and 2 schematically show two possible current compensation circuits of the active isolator according to the invention.

In Fig. 1 ist schematisch die prinzipielle Wirkungsweise der Erfindung dargestellt. Die Elektrodenspannung UL, d.h. die Spannung zwischen der Sendeelektrode EL und Erde E, liegt an der Reihenschaltung des Isolators J und des Strommeßwiderstandes R. Der über den Isolator J fließende Strom IJ wird als Spannungsabfall am Meßwiderstand R gemessen und in dem Verstärker V derart verstärkt, daß die vom Verstärker V gesteuerte Stromquelle S über den Koppelkondensator C einen Kompensationsstrom IK in die Sendeelektrode EL einspeist. Dabei ist der Kompensationsstrom IK ebenso groß, jedoch entgegengesetzt gerichtet, wie der Isolatorstrom IJ. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Summe der Ströme IJ und IK zu Null wird und somit keine störende Belastung der Elektrode EL darstellt. Der über die Elektrodenkapazität fließende Isolatorstrom, der gemessen und ausgewertet wird, wird also nicht durch einen über den Isolator J fließenden Isolatorstrom IJ verfälscht. Der durch den Meßwiderstand R fließende Isolatorstrom hat keinen Einfluß auf den gemessenen Elektrodenstrom.In Fig. 1, the principle of operation of the invention is shown schematically. The electrode voltage UL, i.e. the voltage between the transmitting electrode EL and earth E is due to the series connection of the insulator J and the current measuring resistor R. The current IJ flowing through the insulator J is measured as a voltage drop across the measuring resistor R and amplified in the amplifier V such that the amplifier V controlled current source S feeds a compensation current IK into the transmission electrode EL via the coupling capacitor C. The compensation current IK is just as large, but directed in the opposite direction, like the insulator current IJ. In this way it is achieved that the sum of the currents IJ and IK becomes zero and thus does not represent a disturbing load on the electrode EL. The insulator current flowing through the electrode capacitance, which is measured and evaluated, is therefore not falsified by an insulator current IJ flowing through the insulator J. The insulator current flowing through the measuring resistor R has no influence on the measured electrode current.

Fig. 2 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Sie ist ähnlich der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung aufgebaut, jedoch mit der Ausnahme, daß der Fußpunkt der gesteuerten Stromquelle S nicht mit der Erde E, sondern mit dem Verbindungspunkt VP des Isolators J und des Meßwiderstandes R verbunden ist.Fig. 2 shows a further advantageous embodiment of the invention. It is constructed similarly to the arrangement shown in FIG. 1, but with the exception that the base point of the controlled current source S is not connected to the earth E, but to the connection point VP of the insulator J and the measuring resistor R.

Aufgrund dieser Schaltungsanordnung fließt die Summe vom Isolatorstrom IJ und Kompensationsstrom IK durch den Meßwiderstand R und führt im Falle der Kompensation zu einer verschwindend kleinen Spannung am Meßwiderstand R. Durch diese Anordnung ist erreicht, daß der Verstärker V und die gesteuerte Stromquelle S nicht als präzise und konstante Schaltungselemente ausgebildet sein müssen. Wesentlich hierbei ist nur, daß die Verstärkung hinreichend groß sein muß. Die Strom- oder Spannungsquellen, die zur Energieversorgung der Verstärker und gesteuerten Stromquelle erforderlich sind, sind hier nicht eigens dargestellt.Due to this circuit arrangement, the sum of the isolator current IJ and compensation current IK flows through the measuring resistor R and, in the case of compensation, leads to a vanishingly small voltage across the measuring resistor R. This arrangement ensures that the amplifier V and the controlled current source S are not as precise and constant circuit elements must be formed. The only important thing here is that the reinforcement must be sufficiently large. The current or voltage sources that are required to supply power to the amplifier and controlled current source are not shown here.

Claims

1.Capacitive protective fence with transmitting and receiving electrodes, which are arranged by means of insulators on the protective fence on earthed fence poles, the electrode currents flowing over the electrode capacities being measured and an intruder alarm being derived in a central evaluation device from determined changes in capacitance,
characterized in that each insulator (J) for the transmitting electrodes (EL) is designed as an active insulator with a current compensation device (V, S, C) for the insulator current (IJ).

2. Capacitive protective fence according to claim 1,
characterized in that the active isolator is formed by a simple isolator (J) and in series with it a resistor (R) and an amplifier (V) connected in parallel, the output (A) of which controls a current source (S) via a Coupling capacitor (C) gives a compensation current (IK) to the electrode connection (EL) of the insulator (J).

3. Capacitive protective fence according to claim 2
, characterized in that the controlled current source (S) lies at its base on earth (E).

4. Capacitive protective fence according to claim 2,
characterized in that the controlled current source (S) lies with its base at the connection point (VP) of the series connection of insulator (J) and resistor (R).