EP0348927A1 - Anordnung und Verfahren zur Eindringdetektion - Google Patents

Abstract

Eine Eindringdetektionsanordnung zur Überwachung einer Grenze gegen Betreten durch nicht autorisierte Personen oder Überfahren durch Fahrzeuge weist zwei im Abstand voneinander in den Boden verlegte Sensorschläuche (S), die mit einem den Schall leitenden Fluid gefüllt sind, auf. Um eine erhöhte Empfindlichkeit und verbesserte Selektivität, sowie eine verbesserte Möglichkeit zur Lokalisation eines Eindringversuchs zu erhalten, werden zusätzlich sich über die ganze Länge der Sensorschläuche (S) erstreckende, lineare Drucksensoren (K), welche bei Einwirkung von Druck an ihren Enden elektrische Signale abgeben, in den Schläuchen (S) angeordnet. Die über an den Enden der Sensorschläuche (S) angeordneten elektroakustischen Wandler (P) und die linearen Drucksensoren (K) erhaltenen elektrischen Singale werden miteinader korreliert und aus der Zeitdifferenz wird der Ort des Eindringversuchs festgestellt. Bezugsziffern (gehören nicht zur Beschreibung), Reference Numbers (do not belong to the description); Gebiet außerhalb von S1, A, Area (outside S1); Amplitudendiskriminatorschaltung, ATH, Amplitude discriminator circuit; Gebiet innerhalb von S2, B, Area (within S2); Gebiet zwischen S1 und S2, C, Area (between S1 and S2); Steuer- und Anzeigevorrichtung, CIE, Control and indicating equipment; Korrelationsschaltung, COR, Correlation circuit; Zeitdiskriminatorschaltung, CTD, Time discriminator circuit; Anzeigeeinrichtung, DIS, Display unit; Auswerteschaltung, E, Evaluation circuit; Halterung, H, Holding device; Druckempfindliches Kabel, K, { Pressure sensitive cable; Linearer Drucksensor, K1, { Linear pressure sensor element; Linearer Drucksensor, K2, { Linear pressure sensor element; Kabelende, KE1, Cable terminator; Kabelende, KE2, Cable terminator; Lokalisationsschaltung, LOC, Localisation circuit; Elektroakustischer Wandler, P, Electroacoustic transducer; Elektroakustischer Wandler, P1, Electroacoustic transducer; Elektroakustischer Wandler, P2, Electroacoustic transducer; Sensorschlauch, S1, { Flexible sensor hose means; Sensorschlauch, S2, { Sensor tubes; Empfangsstelle, SE1, Receiving terminal; Empfangsstelle, SE2, Receiving terminal; Zeitdifferenz zwischen den beiden eintreffen-, ,{ Time difference between the two; den korrespondierenden Signalen entspre-, ,{ arriving correlated signals; chend (t2 - t1), T, { corresponding to (t2-t1); Zeit vom Entstehen der Bodenschallwelle bis, ,{ Time from the production of seismic; zum Auftreffen auf den Sensorschlauch S1, t1, { waves at XA0 until arrival at S1; Zeit vom Entstehen der Bodenschallwelle bis, ,{ Time from the production of seismic; zum Auftreffen auf den Sensorschlauch S2, t2, { waves at XA0 until arrival at S2; Zeitdifferenzänderungsschaltung, TDC, Time difference change circuit; Verbindung, V, Spacer device; Körperschallquelle im Gebiet A, XA0, Source of pressure waves in area A; Auftreffpunkt der von XA0 ausgehenden, ,{ Point of impact of the pressure; Bodenschallwelle auf den nächstliegenden, ,{ waves produced in XA0 on the; Sensorschlauch S1, XA1, { nearest sensor tube S1; Auftreffpunkt der von XA0 ausgehenden, ,{ Point of impact of the pressure; Bodenschallwelle auf den entfernter lie-, ,{ waves produced in XA0 on the more; genden Sensorschlauch S2, XA2, { distant sensor tube S2; Körperschallquelle im Gebiet B, XB0, Source of pressure waves in area B; Auftreffpunkt der von XB0 ausgehenden, ,{ Point of impact of the pressure; Bodenschallwelle auf den entfernter lie-, ,{ waves produced in XB0 on the more; genden Sensorschlauch S1, XB1, { distant sensor tube S1; Auftreffpunkt der von XB0 ausgehenden, ,{ Point of impact of the pressure; Bodenschallwelle auf den nächstliegenden, ,{ waves produced in XB0 on the; Sensorschlauch S2, XB2, { nearest sensor tube S2; Körperschallquelle im Gebiet C, XC0, Source of pressure waves in area C; Auftreffpunkt der von XC0 ausgehenden Boden-, ,{ Point of impact of the pressure waves; schallwelle auf den Sensorschlauch S1, XC1, { produced in XC0 on the sensor tube S1; Auftreffpunkt der von XC0 ausgehenden Boden-, ,{ P

Description

• Die Erfindung betrifft eine Eindringdetektionsanordnung zur Überwachung ei­ner Grenze mit mindestens zwei im Abstand voneinander entlang der zu überwa­chenden Grenze in den Boden verlegten Sensorschläuchen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Grenze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
• Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der US-A-4,400,695 bekannt und dient der Perimeterüberwachung, d.h. zur Überwachung der Grenzen von Freige­länden gegen Betreten durch nicht autorisierte Personen oder Überfahren durch Fahrzeuge. Bei diesem System sind entlang der zu überwachenden Grenze zwei Sensorschläuche nebeneinander im Boden verlegt; die Schläuche sind mit einem Fluid gefüllt, welches die durch einen Eindringling verursachten Druckwellen oder Erschütterungen zu elektroakustischen Wandlern, die an den Enden der Schläuche angeordnet sind, weiterleiten. Die Ausgangssignale dieser Wandler werden von einer Auswerteschaltung derart ausgewertet, daß ein Alarmsignal nur dann gegeben wird, wenn das Differenzsignal der beiden Sensorschläuche einen vorbestimmten Wert überschreitet. Gleichzeitig kann aus den Laufzeiten der Druckwelle der Ort des Eindringens bestimmt werden, wenn an beiden Enden der Sensorschläuche elektroakustische Wandler angebracht werden.
• Für die Alarmsignalauslösung wird bei dieser bekannten Anordnung nur eine einzige pysikalische Größe ausgewertet, nämlich die Amplitude der aufgenomme­nen Körperschallschwingungen. Eine solche Anordnung ist nicht in der Lage, mit der erforderlichen Sicherheit einen Eindringling von anderen Körperschallquel­len zu unterscheiden, beispielsweise von kleinen, die Grenze passierenden Tie­ren, von Bodenerschütterungen und Geräuschen von weiter entfernten Fahrzeugen oder Überschallflugzeugen oder von durch das Wetter verursachten Druckwellen. Die Folge sind häufige Fehlalarme, ohne daß tatsächlich ein Eindringversuch stattgefunden hat. Zudem ist die Lokalisierung unsicher oder unwirksam, wenn mehrere Druckwellen gleichzeitig oder in kurzen Zeitabständen voneinander er­zeugt werden, beispielsweise durch mehrere Eindringlinge oder kurz nacheinan­der erzeugte Signale eines Eindringlings, z.B. schnell aufeinderfolgende Fuß­stapfen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die angeführten Nachteile der Ein­dringdetektionsanordnungen des Standes der Technik zu beseitigen und insbeson­dere eine Detektionsanordnung zu schaffen, welche mit verbesserter Empfind­ lichkeit und Selektivität auf einen Eindringling anspricht, jedoch nicht auf andere Umgebungseinflüsse. Die Detektionsanordnung soll eine falsche Alarmsi­gnalgabe mit größerer Sicherheit unterdrücken und Sabotage- oder Überlistungs­versuche unmöglich machen; ferner soll sie eine genaurere Lokalisierung des Ortes eines Eindringversuches ermöglichen.
• Aufgabe der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Überwachung einer Grenze, das es ermöglicht, mit größerer Sicherheit das unbefugte Überschreiten der Grenze durch Personen und Fahrzeuge von zufälligen umgebungsbedingten Störun­gen, wie Wetterereignissen, Bewegung von Tieren u.ä., zu unterscheiden und das es ferner ermöglicht, den Ort der Grenzüberschreitung sicher zu lokalisieren.
• Die vorstehend genannten Aufgaben werden bei einer Eindringdetektionsanord­nung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­anspruchs 1 und bei einem Verfahren zur Grenzüberwachung durch die kennzeich­nenden Merkmale des Patentanspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen defi­niert.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in der Auswerte­schaltung folgende Schaltelemente vorgesehen:
• 1) eine Zeitdiskriminatorschaltung, welche so ausgelegt ist, daß die von den linearen Drucksensoren eintreffenden elektrischen Signale korreliert werden und daß bei Vorliegen eines hinreichenden Korrelationsgrades die Differenz zwischen der Eintreffzeit zusammengehöriger Signale gebildet und der Wert die­ser Zeitdifferenz weitergeleitet wird,
• 2) eine Zeitdifferenzänderungsschaltung welche so ausgelegt ist, daß sie ein Signal weitergibt, wenn der Absolutwert der von der Zeitdiskriminatorschaltung erhaltenen Zeitdifferenz um mehr als ein vorbestimmtes Maß abnimmt oder diese Differenz innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes ihr Vorzeichen ändert und
• 3) eine Amplitudendiskriminatorschaltung welche so ausgelegt ist, daß sie Signale von wenigstens einem der linearen Drucksensoren und von der Zeitdiffe­renzänderungsschaltung empfängt und daß sie, wenn sie ein Signal von der Zeit­differenzänderungsschaltung erhält, die Amplitude wenigstens eines der von den linearen Drucksensoren empfangenen Signale bestimmt und ein Signal weiterlei­tet, wenn diese Amplitude oder deren Zeitintegral einen vorgegebenen Schwel­lenwert überschreitet.
• Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Auswer­ teschaltung zusätzlich folgende Schaltelemente vorgesehen:
• 4) eine Korrelationsschaltung, welche so ausgelegt ist, daß die von einem der linearen Drucksensoren und von dem zugehörigen elektroakustischen Wandler zeitverschoben eintreffenden elektrischen Signale korreliert werden und daß nur solche Signale weitergeleitet werden, welche einen hinreichend hohen Kor­relationsgrad aufweisen und
• 5) eine Lokalisationsschaltung, welche so ausgelegt ist, daß sie die Zeit­differenz zwischen dem Eintreffen zusammengehöriger Signale von dem linearen Drucksensor und dem elektroakustischen Wandler bildet und aus der Größe dieser Zeitdifferenz und der Druckwellengeschwindigkeit in dem Fluid in dem Sensor­schlauch den Auftreffpunkt der Druckwellen auf den linearen Drucksensor be­stimmt.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der Auswerteschal­tung zusätzlich 6) eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen, welche so ausgelegt ist, daß sie ein von der Amplitudendiskriminatorschaltung erzeugtes Alarmsi­gnal und/oder den von der Lokalisationsschaltung bestimmten Auftreffpunkt der Druckwellen auf den linearen Drucksensor zur Anzeige bringt.
• Die in der erfindungsgemäßen Eindringdetektionsanordnung verwendete Auswer­teschaltung wertet also nicht nur wie die bekannten Anordnungen die Ampli tuden der Druckwellen in den Sensorschläuchen aus, sondern kombiniert mit einer we­sentlich intelligenteren Auswertung mehrere Meßgrößen; d.h. zunächst wird die Zeitdifferenz der über die linearen Drucksensoren eintreffenden korrelierten Signale bestimmt. Diese der Laufzeit des Schalls zwischen den beiden Sensor­schläuchen entsprechende Zeitdifferenz zeigt durch ihr Vorzeichen an, auf wel­cher Seite der Grenze sich die Körperschallquelle, z.B. ein Eindringling, be­findet und zwar völlig unabhängig von der Amplitude der eintreffenden Signale.
• Eine Abnahme der Größe der Zeitdifferenz zwischen dem Eintreffen der Signale oder eine Umkehr ihres Vorzeichens ist ein untrügliches Zeichen dafür, daß sich die Körperschallquelle in den Zwischenraum zwischen den Sensorschläuchen bewegt hat oder beide Schläuche überschritten hat. Erst wenn diese Tatsache durch die Zeitdifferenzschaltung festgestellt worden ist, wird die gleichzei­tig gemessene Amplitude ausgewertet. Da diese Amplitude ein Maß für die Masse des eingedrungenen Objekts ist, wird ein Alarmsignal nur ausgelöst, wenn diese Amplitude oder deren Zeitintegral, d.h. die Masse des Objekts, in einem vorge­gebenen Bereich liegt, z.B. einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Die Fehlalarmsicherheit der erfindungsgemäßen Eindringdetektionsanordnung wird dadurch markant verbessert.
• Durch die Auswertung der Zeitdifferenz zwischen dem Eintreffen der Signale von beiden linearen Drucksensoren werden nur solche Ereignisse erfaßt, bei welchen die Grenze wirklich passiert wird. Weiter entfernt liegende Körper­schallquellen und Wetterereignisse werden daher ausgeschlossen. Menschen und schwere Fahzeuge werden ebenso wie kleinere und leichtere Objekte, z.B. Tiere, von der Zeitdifferenzauswertung erfaßt. Letztere werden jedoch durch die Am­plitudenauswertung ausgeschlossen.
• Auch ein besonders vorsichtiger, langsam und umsichtig vorgehender Eindring­ling wird von der erfindungsgemäßen Eindringdetektionsanordnung sicher erfaßt, da auch bei schwachen Erschütterungen die Zeitdifferenzauswertung, die ohne Amplitudenauswertung arbeitet, einen solchen Eindringling erfaßt, der dann allein durch sein Gewicht und die dadurch bewirkte Druckwelle ein Alarmsignal auslöst.
• Die Verwendung eines linearen Drucksensors, z.B. eines piezoelektrischen Kabels oder eines druckempfindlichen, faseroptischen Kabels, hat den Vorteil, daß die Signale praktisch mit Lichtgeschwindigkeit, d.h. ohne wesentliche Zeitverzögerung, zur Auswerteschaltung gelangen und daß die durch Differenzen der Laufzeiten in den Medien in den beiden Sensorschläuchen hervorgerufenen Probleme (z.B. durch bogenförmige Verlegung der Sensorschläuche) eliminiert werden.
• Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Eindringdetektionsanordnung besteht ferner darin, daß durch Bestimmung der Differenz zwischen dem Eintref­fen eines Signals aus einem linearen Drucksensor und einem zugehörigen Signal, das durch Weiterleiten der Druckwelle in dem in dem Sensorschlauch enthaltenen Fluid erhalten wird, eine gegenüber den bekannten Anordnungen wesentlich sicherere Lokalisierung des Eindringorts ermöglicht wird. Dies gilt insbeson­dere bei Verwendung einer Korrelationsschaltung, die auch bei Auftreten von Mehrfacherschütterungen eine eindeutige und sichere Lokalisierung der einzel­nen Erschütterungsorte gestattet.
• Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
• Figur 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Eindringdetektion mit zwei Sensorschläuchen und daran angeschlossener Aus­werteschaltung,
• Figur 2 Querschnitte durch verschiedene Ausführungsformen von Sensorschläuchen,
• Figur 3 einen Querschnitt durch einen Doppelsensorschlauch und
• Figur 4 ein Diagramm eines typischen Verlaufs der Zeitdifferenz der Signale der beiden linearen Drucksensoren in Abhängigkeit vom Ort der Körperschallquelle.
• Bei der in Figur 1 dargestellten Eindringdetektionsanordnung sind entlang der Grenze des zu überwachenden Gebiets zwei Sensorschläuche S1, S2 verlegt. Die Schläuche haben einen Abstand von etwa 1 bis 2 Meter und liegen in einer Tiefe von etwa 25 cm; sie müssen nicht notwendiger Weise parallel liegen. Die Sensorschläuche bestehen aus einem flexiblen Material, wie Gummi oder einem Elastomer; sie können auch aus einem metallischen Rohr bestehen. Die Sensor­schläuche sind mit einem den Schall leitenden Fluid gefüllt, z.B. einer gegen Gefrieren geschützten Flüssigkeit, wie einem Wasser-Glyzerin-Gemisch; statt­dessen kann auch ein Gas oder ein Gel verwendet werden. An einem Ende sind die Sensorschläuche mit einem elektroakustischen Wandler P1, P2 versehen.
• Wenn auf einen der Sensorschläuche S1, S2 an einer beliebigen Stelle Druckimpulse einwirken, so werden diese in dem Fluid mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,5 km/s (im Falle von Wasser) zum Ende des Sensorschlauchs S1, S2 geleitet und dort von dem entsprechenden elektroakustischen Wandler P1, P2 in ein elektrisches Signal umgewandelt, das der Auswerteschaltung E in der Steu­er- und Anzeigevorrichtung zugeleitet wird. Die Ausführung der Sensorschläuche S1, S2 und der elektroakustischen Wandler P1, P2 sind dem Fachmann bekannt, z.B. aus der US-A-3,438,021. Vorteilhaft ist es dabei, die Wandler als piezo­elektrische Elemente auszuführen.
• Außerdem enthalten die beiden Sensorschläuche S1, S2 sich jeweils über die ganze Länge erstreckende lineare Drucksensoren K1, K2, welche bei Einwirkung von Druck oder Erschütterungen an ihrem Ende ein elektrisches Signal abgeben, das der Auswerteschaltung E zugeführt wird. Diese linearen Druckssensoren be­stehen vorteilhafterweise aus einem druck- oder erschütterungsempfindlichen Kabel, das sich im Inneren des Sensorschlauchs S1, S2 im Kontakt mit dem Fluid über die ganze Länge des Sensorschlauchs erstreckt. Diese Kabel können bei­spielsweise als piezoelektrische Kabel vom PVFD-Typ ausgebildet sein; sie sind von Pennwalt oder Raychem erhältlich. Es können auch Elektretkabel verwendet werden, wie sie beispielsweise aus der US-A-3,831,162 bekannt sind.
• Die linearen Drucksensoren K1, K2 können jedoch auch aus einem druckempfind­lichen faseroptischen Kabel bestehen, dessen Lichtleitfähigkeit sich bei Ein­wirkung von Druckwellen ändert. Solche Kabel sind z.B. aus der US-A-4,591,709 bekannt und können von Felten & Guillaume oder von Corning Glass bezogen wer­den. Wenn an einem Ende des faseroptischen Kabels Licht oder Infrarotstrahlung eingespeist wird, so kann am anderen Ende über einen optoelektronischen Wand­ler ein druckabhängiges elektrisches Signal abgenommen und der Auswerteschal­tung E zugeleitet werden.
• Durch die Verlegung der druckempfindlichen Kabel K1, K2 im Inneren der Sen­sorschläuche S1, S2, an Stelle der direkten Verlegung im Erdreich, wird eine bessere akustische Ankoppelung und eine bessere Korrelationsmöglichkeit der in den Sensorschläuchen und in den zugehörigen linearen Drucksensoren weitergeleiteten Druckwellen erreicht. Beide Sensoren erhalten daher weitge­hend gleichartige Signale, welche in dem Fluid der Sensorschläuche S1, S2 mit Schallgeschwindigkeit, in den linearen Drucksensoren K1, K2 jedoch praktisch mit Lichtgeschwindigkeit, d.h. ohne wesentliche Zeitverzögerung, weitergelei­tet werden.
• Das druckempfindliche Kabel K kann dabei, wie aus dem in Figur 2a wiederge­gebenen Querschnitt ersichtlich ist, kokaxial im Sensorschlauch S angeordnet sein, wobei das druckempfindliche Kabel K durch Halterung H zentriert wird. Das druckempfindliche Kabel K kann jedoch auch, wie in Figur 2b dargestellt, lose in den Sensorschlauch S eingelegt werden; es kann auch in den Schlauch eingekittet oder eingeklebt werden. Wie in Figur 2c dargestellt, kann das druckempfindliche Kabel K auch in die Wand des Sensorschlauchs S eingearbeitet sein, was zweckmässigerweise bereits bei der Herstellung des Schlauchs ge­schieht. Dies bietet den Vorteil, daß das druckempfindliche Kabel K nicht erst mühsam in den Sensorschlauch S eingezogen werden muß, sondern daß die ferti­gen, mit Kabel versehenen Schläuche gelagert, angeliefert und direkt verlegt werden können.
• Wie in Figur 3 gezeigt, können die beiden Sensorschläuche S1, S2, die je­weils ein druckempfindliches Kabel K1, K2 enthalten, mittels einer durchgehen­ den oder gitterartigen Verbindung V zu einer Einheit verbunden sein, wobei sie durch die Verbindung V automatisch in einem festen Abstand, z.B. im Dezimeterbereich, zueinander gehalten werden. Die Laufzeit des Schalls zwi­schen den beiden Drucksensoren K1, K2 liegt hier im Bereich von Zehntelmilli­sekunden, was eine bequeme Auswertung der Signale gestattet, wobei in diesem Fall vorzugsweise eine schnelle Vorzeichenumkehr für die Alarmsignalgabe aus­gewertet wird. Ein solcher Doppel-Sensorschlauch läßt sich, speziell bei Füllung mit einem hinreichend verfestigten Medium, z.B. einem Gel, besonders vorteilhaft lagern und besonders einfach im Gelände verlegen.
• An Hand der in Figur 1 enthaltenen, in Blockform dargestellten Auswerte­schaltung E und des in Figur 4 wiedergegebenen typischen Verlaufs eines bei einem Eindringversuch erhaltenen Zeitdifferenz-Signals wird das Betriebsver­fahren der beschriebenen Eindringdetektionsanordnung näher erläutert.
• Es wird angenommen, ein Eindringling befinde sich an der Stelle XAO im Ge­biet A außerhalb von S1, d.h. außerhalb des zu überwachenden Gebiets. Die von dem Eindringling hervorgerufenen Druckwellen erreichen das druckempfindliche Kabel K1 des äußeren Sensorschlauchs S1 im Punkt XA1 nach einer Zeit t1 und das druckempfindliche Kabel K2 des inneren Sensorschlauchs S2 im Punkt XA2 nach einer Zeit t2. Praktisch ohne Zeitverzögerung gelangen von den druckemp­findlichen Kabeln K1, K2 entsprechende Signale über die Kabelenden KE1, KE2 zu den Empfangsstellen SE1, SE2 der Auswerteschaltung E und weiter zu einer Zeit­diskriminatorschaltung CTD. Hier werden die aus den beiden linearen Drucksen­soren K1, K2 eintreffenden Signale korreliert, und bei Vorliegen eines ausreichenden Korrelationsgrades wird die Zeitdifferenz T (entsprechend t2-­t1), welche dem Abstand zwischen den beiden linearen Drucksensoren K1, K2 ent­spricht, bestimmt, und der Wert dieser Zeitdifferenz T wird einer Zeitdiffe­renzänderungsschaltung TDC zugeführt.
• Diese Zeitdifferenz T ist ein Maß für die Laufzeit der Druckwelle zwischen den Stellen XA1 und XA2 der beiden Sensorschläuche S1, S2 und hängt demgemäß nur von der Schallgeschwindigkeit im Erdboden zwischen den beiden Sensor­schläuchen S1, S2 und von der Entfernung, in der beide voneinander verlegt sind, ab. Da diese Zeitdifferenz T also von der Entfernung des Eindringlings von der zu überwachenden Grenze und von der Amplitude der erzeugten Druckwel­len unabhängig ist, ist sie konstant, solange sich der Eindringling im Gebiet A außerhalb von S1 bewegt.
• Es sei bemerkt, daß bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen Eindringde­tektionsanordnung bisher keine Amplitudenauswertung wie bei den bekannten Ein­dringdetektionsanordnungen erfolgt, sondern, daß alle wahrnehmbaren Erschütterungen registriert werden und daß auch Erschütterungen geringster Amplitude ausgewertet werden, sofern die von den beiden Drucksensoren K1, K2 erhaltenen Signale einen genügend hohen Korrelationsgrad aufweisen. Die Ein­dringdetektionsanordnung kann also mit voller Empfindlichkiet betrieben wer­den, ohne daß eine erhöhte Fehlalarmrate befürchtet werden muß. Außerdem wer­den Ereignisse außerhalb des geschützten Bereichs automatisch eliminiert, da sie zu einer konstanten Zeitdifferenz T führen.
• Das Ausgangssignal der Zeitdiskriminatorschaltung CTD, d.h. die Zeitdiffer­enz T, wird einer Zeitdifferenzänderungschaltung TDC zugeleitet, welche nur dann ein Signal weiterleitet, wenn der Absolutwert des Eingangssignals kleiner wird oder wenn sich innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls das Vorzei­chen des Eingangssignals ändert, d.h. wenn es negativ wird. Falls das Ein­gangssignal konstant bleibt, erscheint also kein Ausgangssignal an der Zeit­differenzänderungsschaltung TDC. Solange sich ein Eindringling im Gebiet A außerhalb von S1 bewegt, wird daher kein Signal weitergeleitet.
• Sobald jedoch ein Eindringling den äußeren Sensorschlauch S1 überschreitet und das Gebiet C zwischen den Sensorschläuchen S1, S2 betritt, z.B an der Stelle XCO, sinkt der Wert der Zeitdifferenz T =(t2-t1) unter den vorher kon­stanten Wert Ta oder wird negativ, wie in der Kurve gemäß Figur 4 angegeben; in diesem Fall gibt die Zeitdifferenzänderungsschaltung TDC ein Ausgangssignal ab.
• Bei dem Versuch, das Gebiet C zwischen den Sensorschläuchen S1, S2 zu über­springen, werden zwar im Gebiet C keine Erschütterungen ausgelöst, es werden jedoch innerhalb eines kurzen Zeitintervalls, z.B in der Position XBO, Druck­wellen ausgelöst, welche in den Punkten XB1 und XB2 von den linearen Drucksen­soren K1, bzw. K2 aufgenommen werden. Die Zeitdiskriminatorschaltung CTD würde in einem solchen Fall ein Umschlagen der Zeitdifferenz auf einen negativen Wert Tb = -Ta feststellen, und die Zeitdifferenzänderungsschaltung TDC würde ebenfalls ein Ausgangsignal abgeben.
• Ein Überlistungsversuch durch Überspringen der Detektionszone ist also unmöglich, es würde in jedem Fall ein Ausgangssignal von der Zeitdifferenzän­derungsschaltung TDC weitergeleitet, wenn ein Eindringling das Gebiet C zwi­ schen den Sensorschläuchen S1, S2 durchschreitet oder überspringt. Solange sich ein Objekt aber entweder außerhalb der überwachten Grenze im Gebiet A oder innerhalb der überwachten Grenze im Gebiet B bewegt, wird kein Ausgangssignal von der Zeitdifferenzänderungsschaltung TDC abgegeben.
• Das Ausgangssignal, falls vorhanden, der Zeitdifferenzänderungsschaltung TDC wird nun einer Amplitudendiskriminatorschaltung ATH zugeführt, welche gleich­zeitig Signale wenigstens eines der beiden linearen Druckkabel K1, K2 erhält. Die Amplituden der von den linearen Drucksensoren K1, K2 empfangenen Druckwel­len, bzw. deren Zeitintegral hängen von der Masse des die Druckwellen erzeugenden Objekts, ab, da sich das Objekt in diesem Fall in der Nähe der Drucksensoren K1, K2 befindet. Durch Bestimmung der Amplitudengröße kann daher festgestellt werden, ob die Druckwellen von einem größeren Objekt, z.B. einem Menschen oder einem Fahrzeug, stammen, das versucht, die überwachte Grenze zu überschreiten. Die Signale kleinerer Objekte, z.B von Tieren oder von durch Windstöße hereingetragenen Ästen, würden von der Amplitudendiskriminatorschal­tung ATH eliminiert und zu keinem Alarm führen.
• Sofern die Amplitudendiskriminatorschaltung ATH ein Ausgangssignal von der Zeitdifferenzänderungsschaltung TDC erhält, bestimmt sie die Amplitude wenig­stens eines der von den linearen Drucksensoren K1, K2 erhaltenen Signale und gibt ein Alarmsignal an eine Anzeigeeinrichtung DIS weiter, wenn diese Ampli­tude oder deren Zeitintegral einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Diese Anzeigeeinrichtung DIS zeigt den Alarmzustand visuell an, z.B. durch eine Anzeigelampe, und/oder gibt ein Alarmsignal, gegebenenfalls nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung, an andere Stellen weiter, z.B. an Überwachungspersonal oder die Polizei. Die Anzeigeeinrichtung kann auch weite­re Überwachungs- und/oder Abschreckungseinrichtungen einschalten, beispiels­weise Beleuchtungsanlagen, Videokameras oder akustische Signaleinrichtungen.
• Weiterhin werden die Signale wenigstens eines der an den Enden der Sensor­schläuche S1, S2 angeordneten elektroakustischen Wandler P1, P2 einer Korrelationsschaltung COR zugeleitet, die gleichzeitig die Signale der jeweils zugehörigen linearen Drucksensoren K1, K2 empfängt. Die von den linearen Drucksensoren K1, K2 erzeugten Signale werden ohne wesentliche Zeitverzögerung in der Korrelationsschaltung COR empfangen, während die durch dasselbe Ereig­nis ausgelöste Druckwelle erst mit einer durch die Leitung der Druckwelle in dem Fluid in den Sensorschläuchen S1, S2 bedingten Zeitverzögerung zu den elektroakustischen Wandlern P1, P2 gelangen. In der Korrelationsschaltung COR treffen die Signale der elektroakustischen Wandler P1, P2 daher mit einer ent­sprechenden Zeitverzögerung gegenüber den Signalen der linearen Drucksensoren K1, K2 ein.
• In der Korrelationsschaltung COR werden die von einem der linearen Drucksensorern K1, K2 eintreffendenSignale mit den von dem entsprechenden elektroakustischen Wandler P1, P2 eintreffenden Signalen korreliert; es werden nur solche Signale ausgewertet, die innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters einen hinreichend hohen Korrelationsgrad aufweisen, während alle anderen Si­gnale blockiert werden.
• Die korrelierten Signale werden einer Lokalisierungsschaltung LOC einge­speist, in der die Zeitdifferenz zwischen dem Eintreffen zusammengehöriger Signale von dem linearen Drucksensor K1, K2 und dem elektroakustischen Wandler P1, P2 bestimmt wird. Aus dieser Zeitdifferenz und der bekannten Laufge­schwindigkeit der Druckwelle in dem Sensorschlauch S1, S2 wird der Ort des Eindringversuchs als Abstand von dem elektroakustischen Wandler P1, P2 be­stimmt und in der Lokalisationsschaltung LOC zur Anzeige gebracht.
• Auf diese Weise ist es möglich, auch Mehrfacherschütterungen mit großer Si­cherheit zu analysieren und den Ort ihrer Einwirkung auf die Sensorschläuche S1, S2 festzustellen. Mittels der Lokalisierungsschaltung LOC werden weitere Informationen erhalten, die es ermöglichen gezielt Signale an bestimmte Sektoren der zu überwachenden Grenze zu übermitteln, z.B. Scheinwerfer oder andere Überwachungsanlagen speziell in den angezeigten Bereichen in Betrieb zu setzen.
• Die vorstehend beschriebene Eindringdetektionsanordnung kann mit einzelnen, bekannten und auf dem Markt erhältlichen elektronischen Schaltungselementen ausgeführt werden. Es ist jedoch für den Fachmann klar, daß die beschriebene Schaltung auch mit einem programmierbaren Mikroprozessor realisiert werden kann. Die Parameter können entweder entsprechend den Installationsbedingungen fest eingegeben werden, oder sie können nach der Installation der Anlage auto­matisch mit einem Kalibrierprogramm eingelesen werden. In diesem Fall genügt es, wenn eine Testperson im Gebiet A außerhalb des Sensorschlauchs S1 in geringem Abstand und parallel dazu langsam die Grenze abschreitet. Während dieses Abschreitens mißt das System kontinuierlich die Zeitdifferenz T = (t2-­t1) und die Amplituden der durch einen gehende Menschen verursachten Druckwel­len. Die Schwellenwerte für die Zeitdifferenzänderung und für die Amplituden der Druckwellen entlang der Anlage werden so automatisch in die Eindringdetek­tionsanordnung eingelesen und gespeichert.
• Abwandlungen der vorbeschriebenen Schaltung sind im Rahmen der Erfindung gemäß den Ansprüchen möglich und dem Fachmann geläufig.

Claims (10)

1. Eindringdetektionsanordnung zur Überwachung einer Grenze mit mindestens zwei im Abstand voneinander entlang der zu überwachenden Grenze in den Boden verlegten, ein den Schall leitendes Fluid enthaltenden Sensorschläuchen (S1, S2) mit einem elektroakustischen Wandler (P1, P2) an mindestens einem Schlauchende zum Umsetzen der in den Sensorschläuchen auftretenden Druckwellen in elektrische Signale und mit einer Auswerteschaltung (E) zur Auswertung der von den elektroakustischen Wandlern (P1, P2) erhaltenen elektrischen Signale, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sensorschläuchen (S1, S2) zusätzlich sich über deren ganze Länge erstreckende, lineare Drucksensoren (K1, K2) angeordnet sind, welche bei Einwirkung von Druck auf eine beliebige Stelle ihrer Länge ohne wesentliche Zeitverzögerung an ihren Enden elektrische Signale erzeugen, welche der Auswerteschaltung (E) zugeleitet werden und daß in der Auswerte­schaltung (E) Schaltelemente vorgesehen sind, welche so ausgelegt sind, daß die über die linearen Drucksensoren (K1, K2) und über die elektroakustischen Wandler (P1, P2) erhaltenen Signale korreliert werden und daß aus der Zeitdif­ferenz des Eintreffens zusammengehöriger Signale an den Enden der Sensor­schläuche (S1, S2) der Ort des Eindringens bestimmbar ist.

2. Eindringdetektionsanordnung gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß in der Auswerteschaltung (E) folgende Schaltelemente vorgesehen sind:
eine Zeitdiskriminatorschaltung (CTD), welche so ausgelegt ist, daß die von den linearen Drucksensoren (K1, K2) eintreffenden elektrischen Signale korre­liert werden und daß bei Vorliegen eines hinreichenden Korrelationsgrades die Differenz (T) zwischen der Eintreffzeit zusammengehöriger Signale gebildet und der Wert dieser Zeitdifferenz (T) weitergeleitet wird,
eine Zeitdifferenzänderungsschaltung (TDC), welche so ausgelegt ist, daß sie ein Signal weitergibt, wenn der Absolutwert der von der Zeitdiskriminator­schaltung (CTD) erhaltenen Zeitdifferenz (T) um mehr als ein vorbestimmtes Maß abnimmt oder wenn diese Zeitdifferenz (T) innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes ihr Vorzeichen ändert und
eine Amplitudendiskriminatorschaltung (ATH), welche so ausgelegt ist, daß sie Signale von wenigstens einem der linearen Drucksensoren (K1, K2) und von der Zeitdifferenzänderungsschaltung (TDC) empfängt und daß sie, wenn sie ein Signal von der Zeitdifferenzänderungsschaltung (TDC) erhält, die Amplitude wenigstens eines der von den linearen Drucksensoren (K1, K2) empfangenen Si­gnale bestimmt und ein Signal weiterleitet, wenn diese Amplitude oder deren Zeitintegral einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

3. Eindringdetektionsanordnung gemäß einem der Patentansprüche 1 und 2, da­durch gekennzeichnet, daß in der Auswerteschaltung (E) außerdem folgende Schaltelemente vorgesehen sind:
eine Korrelationsschaltung, welche so ausgelegt ist, daß die von einem der linearen Drucksensoren (K1, K2) und von dem zugehörigen elektroakustischen Wandler (P1, P2) zeitverschoben eintreffenden elektrischen Signale korreliert werden und daß nur solche Signale weitergeleitet werden, welche einen hinrei­chend hohen Korrelationsgrad aufweisen und
eine Lokalisationsschaltung (LOC), welche so ausgelegt ist, daß sie die Zeitdifferenz zwischen dem Eintreffen zusammengehöriger Signale von dem linea­ren Drucksensor (K1, K2) und dem elektroakustischen Wandler (P1, P2) bildet und aus der Große dieser Zeitdifferenz und der Druckwellengeschwindigkeit in dem Fluid in dem Sensorschlauch (S1, S2) den Auftreffpunkt (XA1) der Druckwel­len auf den linearen Drucksensor (K1, K2) bestimmt.

4. Eindringdetektionsanordnung gemäß einem der Patentansprüche 2 und 3, da­durch gekennzeichnet, daß in der Auswerteschaltung (E) außerdem
eine Anzeigeeinrichtung (DIS), welche so ausgelegt ist, daß sie ein von der Amplitudendiskriminatorschaltung (ATH) erzeugtes Alarmsignal und/oder den von der Lokalisationsschaltung (LOC) bestimmten Auftreffpunkt (XA1) der Druckwel­len auf dem linearen Drucksensor (K1, K2) zur Anzeige bringt, vorgesehen ist.

5. Eindringdetektionsanordnung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß der lineare Drucksensor (K) koaxial im Sensor­schlauch (5) angeordnet ist.

6. Eindringdetektionsanordnung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß der lineare Drucksensor (K) auf der Wand des Sensor­schlauchs (S) angeordnet ist.

7. Eindringdetektionsanordnung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß der lineare Drucksensor (K) in der Wand des Sensor­schlauchs (S) angeordnet ist.

8. Eindringdetektionsanordnung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 7, da­durch gekennzeichnet, daß die beiden Sensorschläuche (S1, S2) mittels einer Verbindung (V) in vorgegebenem Abstand fest miteinander verbunden sind.

9. Verfahren zur Überwachung einer Grenze mit mindestens zwei im Abstand voneinander entlang der zu überwachenden Grenze in den Boden verlegten, ein den Schall leitendes Fluid enthaltenden Sensorschläuchen (S1, S2) mit einem elektroakustischen Wandler (P1, P2) an mindestens einem Schlauchende zum Um­setzen der in den Sensorschläuchen auftretenden Druckwellen in elektrische Signale und mit einer Auswerteschaltung (E) zur Auswertung der von den elek­troakustischen Wandlern (P1, P2) erhaltenen elektrischen Signale, dadurch ge­kennzeichnet, daß man in den Sensorschläuchen (S1, S2) zusätzlich sich über deren ganze Länge erstreckende, lineare Drucksensoren (K1, K2) anordnet, wel­che bei Einwirkung von Druck auf eine beliebige Stelle ihrer Länge ohne we­sentliche Zeitverzögerung an ihren Enden elektrische Signale erzeugen, daß man die von den linearen Drucksensoren (K1, K2) eintreffenden elektrischen Signale korreliert, daß man bei Vorliegen eines hinreichenden Korrelationsgrades die Differenz (T) zwischen der Eintreffzeit zusammengehöriger Signale bildet und daß man, wenn der Absolutwert der Zeitdifferenz (T) um mehr als ein vorbe­stimmtes Maß abnimmt oder wenn diese Zeitdifferenz (T) innerhalb eines vorge­gebenen Zeitraumes ihr Vorzeichen ändert, die Amplitude der Signale von wenig­stens einem der linearen Drucksensoren (K1, K2) bestimmt und ein Alarmsignal auslöst, wenn diese Amplitude oder deren Zeitintegral einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

10. Verfahren gemäß Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man zu­sätzlich die über die linearen Drucksensoren (K1, K2) und über die elektroaku­stischen Wandler (P1, P2) erhaltenen Signale korreliert und daß man aus der Zeitdifferenz des Eintreffens zusammengehöriger Signale an den Enden der Sen­sorschläuche (S1, S2) den Ort des Eindringens bestimmt.

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