EP0286897A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von geschlossenen Räumen - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Überwachung von geschlossenen Räumen (1) gegen unerlaubtes Öffnen und Eindringen wird das Volumen (V) eines Raumes (1), der eine zur Aussenwelt dichte Hülle (2) aufweist, als Funktion der Zeit periodisch definiert verändert. Die daraus resultierenden Druckschwankungen werden von einem Sensor (5) detektiert und mittels einer Auswerteschaltung verarbeitet. Eine Verletzung der äusseren Hülle (2) bewirkt in dem Raum (1) eine Veränderung der Druckschwankungen, die mit den Druckschwankungen im Normalzustand verglichen werden; bei Abweichungen wird ein Alarm ausgelöst. Das Verfahren ist besonders zur Überwachung von Ausstellungsvitrinen, Museumsvitrinen, Tresoren, Schaufensterauslagen, Autos, geschlossenen Booten, Fenstern mit Doppelverglasungen etc. geeignet.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von ge­schlossenen Räumen gegen unerlaubtes Öffnen und Eindringen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch 1.
• Das erfindungsgemässe Verfahren kann zur Überwachung von beliebi­gen geschlossenen Räumen angewendet werden, welche eine geschlosse­ne, relativ dichte Hülle gegenüber der Aussenwelt aufweisen, z.B. von Ausstellungsvitrinen, Museumsvitrinen, Tresoren, Schaufenster­auslagen, Autos oder geschlossenen Booten. Da Fenster mit Doppel­verglasung ebenfalls einen gegenüber der Aussenwelt abgeschlossenen Raum darstellen, können solche Fenster auch nach diesem Verfahren geschützt werden.
• Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens gegenüber den be­kannten Verfahren des Standes der Technik werden im folgenden an Hand der Überwachung von Autos gegen Diebstahl beschrieben, es ist jedoch klar, dass die Erfindung nicht auf ein Verfahren zur Überwa­chung solcher Fahrzeuge eingeschränkt ist, sondern allgemein für die Überwachung geschlossener Räume geeignet ist.
• Es besteht seit langem das Bedürfnis, Fahrzeuge gegen Diebstahl zu sichern. Man begnügte sich anfangs damit, die Türen der Fahrzeu­ge zu verschliessen und die Zündung mit einem Schloss zu blok­kieren. Später ging man dazu über, das Zündschloss mit einem Schloss zur Blockierung der Lenkung zu kombinieren. Da diese Si­cherungen z.T. leicht auszuschalten waren und nicht geeignet waren, im Wagen befindliche Gepäckstücke und Zubehörteile, wie Autoradios, zu schützen, wurden Geräte entwickelt, die bei dem Versuch, unbefugt Zugang zu dem Fahrzeug zu erlangen, ein laut hörbares oder gut sichtbares Alarmsignal abgaben.
• Aus der Vielzahl der vorgeschlagenen Vorrichtungen seien als Bei­spiele nur die folgenden genannt: Ein Diebstahlschutz für Fahrzeuge mit Erschütterungsmelder (US-A-3ʹ721ʹ956), ein Schutzvorhang für Fenster als Diebstahlschutz für Autos (CH-A-453ʹ961), eine Dieb­stahlwarneinrichtung für Autoradios (DE-A1-35ʹ13ʹ114) mit einem Federkontakt oder ein System zur Sicherung von Autoradios mit einem Speicher für ein Codewort, wobei die Inbetriebnahme des Gerätes nach einem Ausbau ohne Eingabe des Codewortes unmöglich gemacht wird.
• All diese Vorrichtungen haben entweder den Nachteil, dass sie nur bestimmte Teile des Fahrzeugs schützen, z.B. das Autoradio, also Gegenstände, die frei im Wagen liegen, nicht schützen oder dass sie zu Fehlalarmen neigen, z.B. spricht der Erschütterungsmelder auch bei einer zufälligen Bewegung des Fahrzeugs, z.B. durch harmlose Passanten, an.
• Es wurde versucht, diese Nachteile dadurch zu überwinden, dass man Alarmanlagen entwickelte, die erst ein Alarmsignal abgeben, wenn zwei auf unterschiedliche Kriterien ansprechende Detektoren gleichzeitig eine Änderung einer physikalischen Grösse signalisie­ren (DE-GM-80ʹ11ʹ305), wobei der höhere Stromverbrauch dadurch ver­mieden wird, dass der zweite Änderungsmelder erst eingeschaltet wird, wenn der erste Änderungsmelder eine Änderung der ersten phy­sikalischen Grösse feststellt (DE-C1-34ʹ10ʹ888). Der apparative und schaltungstechnische Aufwand für solche Anlagen wird jedoch be­trächtlich.
• In der DE-C1-35ʹ29ʹ402 wird ein Verfahren zum Überwachen des Zu­standes von Räumen vorgeschlagen, bei dem die im Tonfrequenz- oder Ultraschallbereich liegende Eigenfrequenz einer Kraftfahrzeugkaros­serie und die sich beim Anstossen der Karosserie ausbildenden Ober­wellen ausgenutzt werden. Die Änderung des Oberwellenspektrums durch Einschlagen eines Fensters oder Öffnen einer Tür wird mess­technisch erfasst und zum Auslösen eines Alarms verwendet. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass sich das charakteri­ stische Oberwellenspektrum auch verändert, wenn es auf den Wagen regnet, schneit oder hagelt.
• Es sind auch Verfahren zur Sicherung von Räumen bekannt geworden, welche die beim Öffnen von Türen und Fenstern auftretenden charak­teristischen Luftdruckänderungen zur Auslösung eines Alarms verwen­den. Bei dem in der DE-A1-34ʹ12ʹ914 beschriebenen Verfahren dient ein Schallaufnehmer nach Art eines Barometers als Sensor. Bei dem in der DE-A1-34ʹ19ʹ802 beschriebenen Verfahren wird ein Pyrodetek­tor verwendet, d.h. es werden die durch die Infraschallwellen auf­tretenden Temperaturänderungen erfasst. Beide Verfahren sind passi­ve Systeme. Um langsame Änderungen des Luftdrucks feststellen zu können, müssen sie sehr empfindlich eingestellt werden. Damit steigt ihre Neigung zu Fehlalarmen beträchtlich an.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Räumen zu schaffen, welche die ge­nannten Nachteile der Verfahren des Standes der Technik nicht hat und insbesondere ein solches Verfahren zu schaffen, das sicher ge­gen Störungen und Fehlalarme ist und einen geringen Schaltungs- und Apparateaufwand, sowie einen geringen Stromverbrauch aufweist.
• Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs gennanten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruch 1 und bei einer Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 6 gelöst.
• Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
• Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird das Volumen eines Rau­mes, der eine zur Aussenwelt dichte Hülle aufweist, als Funktion der Zeit periodisch definiert verändert. Die daraus resultierenden Druckschwankungen werden von einem Sensor detektiert und mittels einer Auswerteschaltung verarbeitet. Vorzugsweise umfasst die Aus­werteschaltung einen Mikroprozessor, welcher die periodischen Volumenänderungen steuert und die vom Sensor detektierten Druck­ schwankungen auswertet und speichert. Eine Verletzung der äusseren Hülle bewirkt in dem Raum eine Veränderung der Druckschwankungen, die eine entsprechende Änderung des Ausgangssignals des Sensors bewirkt. In der Auswerteschaltung sind Schaltelemente vorgesehen, welche die Veränderungen der Druckschwankungen registrieren und mit den Druckschwankungen im Normalzustand vergleichen. Est sind weitere Schaltelemente vorgesehen, welche bei Abweichungen der Druckschwan­kungen nach unten oder oben einen Alarm auslösen.
• Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die Figur zeigt ein Schaltschema eines Beispiels einer in dem erfindungsgemässen Verfahren verwend­baren Überwachungsanlage.
• Das Volumen V eines durch eine Hülle 2 begrenzten Raumes 1 wird periodisch verändert, indem man die Membran 4 eines Lautsprechers 3 in Bewegung versetzt. Die Frequenz der Schwingungen wählt man in Abhängigkeit von der Grösse des zu überwachenden Raumes und seiner relativen Dichtigkeit gegenüber der Aussenwelt aus. Die Arbeitsfre­quenz f muss so gewählt werden, dass die Beziehung

  

  erfüllt ist. S ist darin die minimale Fläche der Einbruchsöffnung, die detektiert werden soll, c die Schallgeschwindigkeit in dem Me­dium. Die obere Grenze ist dabei der Wahrnehmungsbereich des menschlichen Gehörs. Nach unten ist theoretisch keine Grenze ge­setzt. Praktisch ergibt sich jedoch eine Grenze dadurch, dass die handelsüblichen preiswerten Mikrophone im Bereich von weinger als 5 Hz nicht mehr genügend empfindlilch sind, um leicht verstärkbare Signale zu erhalten. Man kommt so zu einem bevorzugten Frequenzbe­reich von etwa 5 Hz bis etwa 15 Hz. Das Anregungssignal für den Lautsprecher wird von einem Mikroprozessor 8 geliefert, von einem Digital/Analog-Wandler 7 in ein Analogsignal umgewandelt und nach Verstärkung in einem ersten Verstärker 9 dem Lautsprecher 3 zuge­führt. Der Mikroprozessor 8 kann dabei in einfacher Weise so pro­grammiert werden, dass er beim Einbau der Anlage in einen zu über­ wachenden Raum oder bei jeder Scharfschaltung der Anlage innerhalb des bevorzugten Bereichs die Wellenlängen abtastet und die Anlage dann mit der Wellenlänge betreibt, die für die Raumgrösse optimal ist. Vorzugsweise wird der Lautsprecher 3 dann mit dieser Frequenz mit einem sinusförmigen Signal von konstanter Amplitude betrieben.
• Ein Lautsprecher 3 von etwa 10 cm Durchmesser, dessen Membranbe­wegung in der Grössenordnung von einigen Millimetern liegt, bewirkt in einem Raum von etwa einem Kubikmeter Grösse eine relative Volumenänderung ΔV/V der Grössenordnung 10⁻⁶. Das Signal am Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 7 kann zum Beispiel zur Ansteuerung des NF-Verstärkers einer Auto-Hi-Fi-Stereo-Anlage benutzt werden, wenn die vorhandenen Lautsprecher geeignet eingebaut sind, d.h. entweder einen Teil der Hülle 2 bilden oder nach hinten geschlossene Systeme sind. Die Erfindung eignet sich daher besonders zum Schutz des ge­schlossenen Innenraums von Fahrzeugen unter Ausnützung bestehender, standardmässiger Ausrüstungen.
• Unter der Voraussetzung, dass der Raum 1 eine völlig abgedichtete Hülle 2 aufweist, entsteht so eine relative Druckänderung Δp/p₀ von ungefähr der gleichen Grössenordnung wie die Volumenänderung. p₀ ist der Druck, der in dem geschlossenen Raum 1 bei unverletzter Hülle 2 herrscht. Die Druckvariation Δp, welche die gleiche zeitlicher Veränderung aufweist, wie die Schwingungen der Lautspre­chermembran 4, wird mit einem Mikrophon 5, welches im Frequenzbe­reich zwischen 5 Hz und 15 Hz eine genügende Empfindlichkeit auf­weist, detektiert. Die Druckvariation kann aber auch mit jedem an­deren handelsüblichen Sensor, der in der Lage ist, Druckänderungen in dem genannten Frequenzbereich zu messen, detektiert werden.
• Das von dem Mikrophon 5 aufgenommene Signal wird in einem zweiten Verstärker 6 verstärkt, in einem Analog/Digital-Wandler 11 in ein Digitalsignal umgewandelt und dem Mikroprozessor 8 zugeführt, in dem es mit einem geeigneten Korrelationsverfahren ausgewertet wird. Dieses Korrelationsverfahren hat die Aufgabe ein schmalbandiges Filter zu realisieren, welches nur die Schwingungen auswertet, die vom Lautsprecher 3 abgestrahlt werden. Dadurch werden von vornher­ ein Störungen durch Geräusche ausserhalb des verwendeten Bereichs eliminiert.
• Eine Verletzung der Hülle 2 des abgeschlossenen Raumes 1, z.B. durch das Öffnen einer Tür oder eines Fensters oder durch das Zer­schlagen einer Scheibe, bewirkt eine Veränderung des Volumens des Raumes und damit eine Veränderung der Druckschwankungen, welche das Mikrophon 5 aufnimmt. Dies hat eine Änderung des mit dem Sensor detektierten Signals ..p(t) zur Folge.
  
      Δp(t) = k·p · V(t) / V,
  
  worin Δp(t) die vom Mikrophon detektierte Druckänderung als Funktion der Zeit,
      V(t) die vom Lautsprecher induzierte Volumenänderung als Funktion der Zeit,
      k die adiabatische Konstante,
      P₀ den Druck in dem abgeschlossenen Raum 1 und
      V das Volumen des abgeschlossenen Raumes
  bedeuten.
• Bei einer Verletzung der Hülle 2 des abgeschlossenen Raumes wird das Volumen V vergrössert. Bei einer schnellen Vergrösserung des Volumens, z.B. beim Öffnen einer Tür oder beim Einschlagen einer Scheibe, hat dies eine rasche Abnahme des detektierten Signals Δp(t) zur Folge. Wird jedoch das Volumen des zu überwachenden Rau­mes 1 langsam vergrössert, z.B. durch vorsichtiges Öffnen einer Schiebetür einer Ausstellungsvitrine, kann das Signal eine starke Erhöhung erfahren, wenn die Helmoltz-Resonanz-Bedingungen erfüllt sind. In dem Mikroprozesser 8 werden die verstärkten und digitali­sierten Signale des Sensors 5 mit den für den Normalzustand gespei­cherten Signalen verglichen. Der Mikroprozessor 8 ist so program­miert, dass ein Alarmrelais 10 angesteuert wird, wenn das detek­tierte und korrelierte Signal Δp(t) um einen vorbestimmten Wert nach unten oder oben von den gespeicherten Werten abweicht.
• Abwandlungen dieser Schaltung sind im Rahmen der Erfindung gemäß den Ansprüchen möglich und dem Fahmann geläufig.
Bezugszeichen
• Schallgeschwindigketi      c
• Frequenz      f
• Adiabatische Konstante      k
• Druck (im Raum 1)      P₀
• Druckvariation      Δp
• Fläche (Einbruchsöffnung)      S
• Volumen      V
• Volumenänderung      V(t)
• Raum      1
• Hülle      2
• Lautsprecher      3
• Membran      4
• Sensor (Mikrophon)      5
• Zweiter Verstärker      6
• Digital/Analog-Wandler      7
• Mikroprozessor      8
• Erster Verstärker      9
• Alarmrelais      10
• Analog/Digital-Wandler      11

Claims (9)

1. Verfahren zur Überwachung von geschlossenen Räumen mit einer gegen die Aussenatmosphäre dichten Hülle (2) gegen unerlaubtes Öffnen und Eindringen mittels einer Einbruchalarmeinrichtung, wel­che einen Infraschallsensor (5), der bei Druckänderungen in dem zu überwachenden Raum (1) ein elektrisches Signal abgibt und eine elektrischen Auswerteschaltung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen (V) des zu überwachenden Raumes (1) als Funktion der Zeit periodisch definiert verändert wird, dass die durch die daraus resultierenden Druckschwankungen Δp(t) verursachten Ände­rungen des elektrischen Signals des Sensors (5) als Normalwerte in der Auswerteschaltung gespeichert werden und dass die bei einer Verletzung der Hülle (2) auftretenden Abweichungen der Druckschwan­kungen Δp(t) bei Überschreitung eines vorbestimmten Wertes einen Alarm auslösen.

2. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung des Volumens (V) des zu überwachenden Raumes (1) ein bis auf die Membran (4) geschlossener Lautsprecher (3) ver­wendet wird.

3. Verfahren gemäss einem der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Veränderng des Volumens (V) mit einer Frequenz (f) im Bereich von 5 Hz bis 15 Hz erfolgt.

4. Verfahren gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen Mikroprozessor (8) umfasst, welcher ein schmalbandiges Filter realisiert, welches praktisch nur Signale mit der Frequenz (f) durchlässt, mit der die periodische Veränderung des Volumens (V) des Raumes (1) erfolgt.

5. Verfahren gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (8) bei jeder Scharfstellung der Alarmeinrichtung die Frequenz (f) der periodi­schen Veränderung des Volumens (V) des Raumes (1) solange verän­ dert, bis die für die Charakteristik des Raumes (1) optimale Fre­quenz (f) erreicht ist.

6. Einbruchalarmeinrichtung zur Überwachung von geschlossenen Räumen mit einer gegen die Aussenatmosphäre dichten Hüllen (2) gegen unerlaubtes Öffnen und Eindringen, welche einen Infraschallsensor (5), der bei Druckänderungen in dem zu überwachenden Raum (1) ein elektrisches Signal abgibt und eine elektrischen Auswerteschaltung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbruchalarmeinrichtung eine Vorrichtung (3), welche das Volumen (V) des zu überwachenden Raumes (1) als Funktion der Zeit periodisch definiert verändert und in der Auswerteschaltung Schaltelemente aufweist, welche das von dem Infraschallsensor (5) abgegebene, verstärkte und digitalisierte elektrische Signal speichern und ein Alarmsignal abgeben, wenn das tatsächliche Signal beim Vergleich mit gespeicherten Normalwerten um einen vorbestimmten Wert von diesen Normalwerten abweicht.

7. Einbruchalarmeinrichtung gemäss Patentanspruch 6, dadurch ge­kennzeichnet, dass die Vorrichtung, welche das Volumen (V) des zu überwachenden Raumes (1) als Funktion der Zeit periodisch definiert verändert, ein bis auf die Membran (4) geschlossener Lautsprecher (3) ist.

8. Einbruchalarmeinrichtung gemäss einem der Patentansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen Mikroprozessor (8) umfasst, welcher ein schmalbandiges Filter rea­lisiert, welches praktisch nur Signale mit der Frequenz (f) durch­lässt, mit der die periodische Veränderung des Volumens (V) des Raumes (1) erfolgt.

9. Einbruchalarmeinrichtung gemäss Patentanspruch 8, dadurch ge­kennzeichnet, dass der Mikroprozessor ausserdem so eingerichtet ist, dass er bei jeder Scharfstellung der Alarmeinrichtung die Fre­quenz (f) der periodischen Veränderung des Volumens (V) des Raumes (1) solange verändert, bis die für die Charakteristik des Raumes (1) optimale Frequenz (f) erreicht ist.

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