Die Erfindung betrifft ein Gefahrenmeldesystem mit
- mindestens einem autarken Melder mit einem Sensor, der ein
oder mehrere Umweltparameter erfaßt und bei einer vorgegebenen
Abweichung des Meßwertes von einem Ruhewert ein Gefahrensignal
bewirkt und
- mindestens einer Auswerte- bzw. Empfängerstation, welche
das Gefahrensignal empfängt und auswertet bzw. meldet.
Lediglich zur Klarstellung sei darauf hingewiesen, daß auch
ein Handfeuermelder oder ein von Hand betätigbarer Alarmgeber
ein Melder in diesem Sinne ist, wobei der Sensor ein elektrischer
Kontakt ist. Ebenfalls zur Klarstellung sei erwähnt,
daß unter autarkem Melder bzw. Empfänger alle Melder bzw.
Empfänger mit autarker Energieversorgungseinheit (Solarzellen,
Batterie, Akkumulatoren) verstanden werden.
Bei Gefahrenmeldesystemen für die Meldung von Feuer oder Einbruch
mit einer größeren Anzahl von Meldern ist es üblich,
die einzelnen Melder einer Anlage über ein Leitungsnetz untereinander
oder über eine Zentrale zu verbinden, wobei ein
Alarm dann auch wieder über ein Leitungsnetz oder über Funk
zur Feuerwehr bzw. zur Polizei weitergeleitet werden kann.
Für einzelne Gefahrenmelder, die zum Beispiel im privaten
Heimbereich eingesetzt werden, ist eine solche Weiterleitung
an eine Zentrale, etwa an die Feuerwehr, zum Beispiel auch
wegen der relativ großen Gefahr von Fehlalarmen, nicht ohne
weiteres möglich, und sie wäre auch zu teuer. Eine bedrahtete
Vernetzung, die etwa in einem Haus zur Weiterleitung in andere
Räume nachgerüstet würde, wäre zu aufwändig, meist auch
optisch störend, wenn Leitungen auf Putz verlegt werden müßten.
Auch eine Weiterleitung von Alarmen über Funknetze ist
teuer, wobei eine ausreichende Übertragungssicherheit nur mit
hohem Aufwand erreicht werden kann.
Aus der DE 19633861 A1 ist ein Alarmanlagensystem zur Überwachung
von mehreren Objekten, insbesondere zur Einbruchsüberwachung
von Häusern bekannt, wobei die Alarmanlagen aller Objekte
über Funk miteinander vernetzt sind. Wie oben erwähnt,
kommt eine solche Vernetzung aus Kostengründen nur für große
Objekte, kaum aber für Einzelmelder im Privatbereich, in Betracht.
Allgemein ist es auch bekannt (US 4 388 617), einzelne Feuermelder
direkt mit einem akustischen Signalgeber zu verbinden.
Solche Melder mit sehr lauten Alarmgebern werden in öffentlichen
Gebäuden, wie Hotels, Schulen und dergleichen, eingesetzt.
Im privaten Bereich dürfen derart laute Signalgeber
wiederum wegen der auftretenden Fehlalarme nicht ohne weiteres
verwendet werden. Auch der Batterie-Stromverbrauch wäre
in diesem Fall nicht tragbar. Akustische Signalgeber jedoch,
die keine Belästigung der Nachbarschaft darstellen, reichen
nicht aus, um etwa bei einem Brand im Keller eine im zweiten
Stock des Hauses schlafende Person zu wecken.
Ziel der Erfindung ist es, ein Gefahrenmeldesystem der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem Alarmsignale einzelner
Melder auf einfache und kostengünstige Weise weitergeleitet
werden können, ohne daß ein aufwendiges Leitungs- oder
Funknetz erforderlich ist.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß mindestens
ein autarker Melder mit mindestens einem akustischen
Signalgeber gekoppelt ist, der das Gefahrensignal in ein akustisches
Alarmsignal umwandelt, und
daß mindestens ein akustischer autarker Empfänger entfernt
von dem Melder, jedoch in akustischer Reichweite von diesem,
angeordnet ist und das akustische Alarmsignal direkt oder über
eine Zwischenstation an die Auswerte- bzw. Empfängerstation
weiterleitet, um dort gegebenenfalls einen Alarmgeber zu
betätigen.
Bei dem erfindungsgemäßen Gefahrenmeldesystem geschieht also
die Vernetzung der Komponenten untereinander unter Nutzung
des akustischen Übertragungsweges. Will ein Melder signalisieren,
so aktiviert er seinen oder einen seiner akustischen
Signalgeber, der von weiteren Komponenten gehört wird. Diese
wiederum signalisieren in der gleichen Weise. Durch dieses
Verfahren können Personen auch in benachbarten Räumen gewarnt
oder informiert werden. Anstelle des bekannten Starkton-Alarmgebers,
der bei Fehlalarm eine unzulässige Ruhestörung
der Nachbarschaft darstellen würde, ist bei dem erfindungsgemäßen
System die Lautstärke so dosiert, daß ein Alarmsignal
beispielsweise von einem Raum eines Hauses über schalldurchlässige
Innenwände und Türen in einen benachbarten Raum und
gegebenenfalls von dort über einen Schallempfänger und einen
weiteren akustischen Signalgeber weiter bis zu einer Auswertestation,
die auch ein einfacher Alarmgeber sein kann, übertragen
werden kann, daß aber der Alarm nicht durch schalldichte
Wände nach außen dringt und als Ruhestörung wirksam
wird. Die benutzten Frequenzen können, je nach genutztem Medium
und in Abhängigkeit davon, ob laut oder still signalisiert
werden soll, vom Infraschallbereich über den hörbaren
bis in den Ultraschallbereich reichen.
Durch die akustische Kommunikation zwischen den Komponenten
einer Gefahrenmelde- oder Signalisierungsanlage und die Nutzung
des in den meisten Komponenten ohnehin vorhandenen akustischen
Signalgebers ist der Aufbau eines derartigen Systems
sehr preisgünstig zu realisieren. Zudem bieten sich preisgünstige
Interfacemöglichkeiten mit bereits existierenden
Systemen, wie Telefon, gefahrenmeldetechnische Anlagen etc.
Durch den redundanten akustischen Übertragungsweg läßt sich
auch die Verfügbarkeit von Übertragungsstrecken, die mit an
deren Medien arbeiten (z.B. Funk, elektrische Leitungen), erhöhen.
Das erfindungsgemäße System mit akustischer Signalübertragung
kann in verschiedenster Weise ausgestaltet sein. In der einfachsten
Form wird lediglich das Alarmsignal eines Einzelmelders
in einen benachbarten Raum übertragen, dort empfangen,
verstärkt und als akustisches, optisches oder sonstiges Signal
wieder abgegeben. Der dortige batteriebetriebene Empfänger
oder batteriebetriebene Melder dient dann als Auswertestation,
die beispielsweise mittels eines akustischen Alarmgebers
eine in diesem Raum schlafende Person weckt. Es ist
aber auch eine komplexe Ausgestaltung möglich, wobei eine
größere Anzahl von batteriebetriebenen Meldern mit sonstigen
Komponenten, Aktoren und Umsetzern (Repeatern) vernetzt sind.
Die Aktoren dienen zu Auslösung von weiteren Alarmierungen
und Steuerungen. Die Umsetzer (Repeater) dienen dazu, das Übertragungssignal
mit oder ohne vorangegangene Wiederaufbereitung
zu verstärken und wieder abzugeben. Das abgegebene
und von der Gegenstation wieder empfangene Signal kann ein
akustisches, elektrisches, Licht- oder Funksignal sein. Mit
einem so genannten Netz-Repeater kann beispielsweise das akustische
Signal in ein elektrisches Signal umgewandelt werden,
mit dem dann das Energieversorgungsnetz moduliert wird.
Eine entfernte Empfangsstation kann das elektrische Signal
demodulieren und wieder in ein akustisches Signal umwandeln.
Generell ist es möglich, zwischen Komponenten mit akustischer
Schnittstelle und anderen Übertragungsmedien Alarminformationen
und Steuerbefehle bidirektional zu übertragen. Natürlich
ist es auch möglich, das erfindungsgemäß akustisch übertragene
Alarmsignal über eine der genannten Übertragungsformen zu
einer Zentrale zu leiten, wo Alarme bewertet, angezeigt und
weitergeleitet werden können. In diesem Fall kann die Bedienung
der Anlage über die Zentrale erfolgen.
Wenn in dem System mehrere batteriebetriebene Melder mit akustischen
Signalgebern oder mehrere sonstige Komponenten,
die ein akustisches Signal abgeben oder weiterleiten, vernetzt
sind, ist es zweckmäßig, die von den einzelnen akustischen
Signalgebern abgegebenen Signale unterscheidbar zu machen.
Zur Unterdrückung von Störungen oder Sabotage wird das
akustische Signal zweckmäßigerweise mit einer individuell
einstellbaren Codierung moduliert, wobei alle gängigen Modulationsarten,
wie AM (Amplitudenmodulation), FM (Frequenzmodulation),
PM (Pulsmodulation), oder PCM (Pulscodemodulation)
einsetzbar sind. Weiterhin ist es möglich, an jeder Komponente,
ob Melder, Aktor oder Umsetzer, eine Adresse zur Einzelidentifizierung
und Einzeladressierung einstellbar zu machen.
Die Komponentenadresse ist dann Teil des akustischen Telegramms.
Damit das gesendete akustische Alarmsignal sicher in einem
bzw. dem Empfänger ankommt, wird es zweckmäßigerweise so lange
wiederholt, bis entweder eine bestimmte Zeit abgelaufen
ist oder der Befehl zum Beenden der Signalisierung vom Empfänger
oder von einer Zentrale erfolgt. Um die Möglichkeit
für die Übertragung von Befehlen, zum Beispiel eines Abschaltbefehls,
zu geben, ist es zweckmäßig, durch entsprechende
Einstellung der akustischen Sender dafür zu sorgen,
daß die Übertragung des Meldungssignals jeweils für definierte
Zeitfenster unterbrochen wird.
Die akustischen Empfänger, die ein Alarmsignal empfangen haben,
beginnen, wenn sie mit einem akustischen Sender verbunden
sind, sofort oder mit einer definierten Verzögerung mit
dem Aussenden ihres Sendesignals. Auf diesem Weg breitet sich
die Signalisierung über alle vernetzten Komponenten aus. In
den Empfängern stellt das Detektieren sehr kleiner Empfangssignale
eine besondere Herausforderung dar. Zur Aufbereitung
dieser Empfangssignale werden deshalb alternativ oder in Kombination
bekannte Filterprinzipien angewendet, wie aktive,
aus Operationsverstärkern aufgebaute Filter oder digitale, in
einem Mikroprozessor realisierte Filter. Auch eine Autokorrelation
als besonderes Filterverfahren zur Erhöhung der Empfindlichkeit
ist anwendbar.
Generell kann die zeitliche Überlagerung der Signale mehrerer
akustischer Signalgeber deren Decodierung im Empfänger erschweren.
Es ist deshalb zweckmäßig, Vorkehrungen zur Verhinderung
von Interferenzen in dem erfindungsgemäßen System vorzusehen.
Hier kommen beispielsweise an sich bekannte Synchronverfahren,
zeitbasierte oder tonhöhenbasierte Random-Verfahren,
so genannte Chirp-Verfahren oder Synchronisationsverfahren
mit Zykluszählern in Betracht.
Ein vorteilhaft ausgestalteter Melder zur Verwendung in dem
erfindungsgemäßen System weist einen Sensor oder einen handbetätigten
Druckknopf-Kontakt zur Detektierung eines physikalischen
Zustandes, eine Signalverarbeitungseinheit zur Erzeugung
eines Gefahrensignals bei Abweichung des vom Sensor detektierten
Zustandes von einem Ruhewert und einem akustischen
Wandler auf, der zumindest als akustischer Signalgeber wirkt
und durch das Gefahrensignal betätigbar ist. In weiterer Ausgestaltung
ist in dem Melder auch ein als Mikrofon wirkender
akustischer Wandler vorgesehen, der ein empfangenes akustisches
Alarmsignal an die Signalverarbeitungseinheit weitergibt.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist in dem Melder lediglich
ein akustischer Wandler vorgesehen, der sowohl als akustischer
Signalgeber als auch als akustischer Empfänger wirkt.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
akustischen Vernetzung verschiedener Gefahrenmelder, Figur 2 ein Blockschaltbild für den typischen Aufbau eines
für die akustische Vernetzung geeigneten Melders, Figur 3 ein Schema der Signalisierungswege zwischen Meldern,
die in unterschiedlicher Entfernung angeordnet sind, Figur 4 ein Zeitdiagramm für die einzelnen, in den Meldern
von Figur 3 ausgesandten bzw. empfangenen Signale, Figur 5 eine schematische Anordnung mehrerer vernetzter Melder, Figur 6 ein Zeitschema für eine zufällige Unterbrechung der
von den Meldern gemäß Figur 5 ausgesandten Signale und Figur 7 ein Zeitschema für die Synchronisation der von mehreren
Komponenten abgegebenen Signale.
Figur 1 zeigt als Schema für die akustische Vernetzung von
Gefahrenmeldern, im vorliegenden Beispiel von Brandmeldern,
ein Gebäude 1 mit mehreren Räumen 11, 12 und 13, wobei zwischen
den Räumen 11 und 12 eine akustisch durchlässige Wand
14 und zwischen den Räumen 12 und 13 eine akustisch undurchlässige
Wand 15 besteht. In jedem dieser Räume 11, 12 und 13
ist beispielshalber ein autarker Melder 2 angeordnet, der jeweils
einen Sensor 22 und einen als Signalgeber und Signalempfänger
wirksamen akustischen Wandler 21 aufweist. Der Melder
kann natürlich auch ein von Hand betätigbarer Druckknopfmelder
sein, dessen Schaltzustand (Ein-Aus) als Sensorsignal
erfaßt wird.
Des weiteren sind bei dem gezeigten Beispiel jeweils in den
Räumen 11 und 13 zusätzlich elektroakustische Umsetzer 3 angeordnet,
welche ebenfalls elektroakustische Wandler 31 enthalten.
Diese elektroakustischen Umsetzer 3 sind jedoch in
dem gezeigten Beispiel keine Melder mit Sensoren, sondern sie
enthalten neben dem Wandler 31 jeweils einen Transformator,
und/oder sonstige Baueinheiten zur Umsetzung des empfangenen
Signals in ein anderes Übertragungsmedium. Wie in Figur 1 angedeutet,
kann das empfangene akustische Signal auf diese
Weise wahlweise auf eine Netzstromleitung 4 aufmoduliert und
über diese weiter übertragen werden. Oder das umgesetzte Signal
kann optional auch anderen Übertragungsmedien zugeführt
werden, beispielsweise über ein Telefon-Endgerät 5 und ein
Telefonnetz oder über einen Funktransmitter 6 und ein Funknetz
zu einer Zentrale Z.
Bei dem gezeigten Beispiel von Figur 1 ist weiterhin in dem
Raum 13 ein weiterer elektroakustischer Umsetzer 13-3 vorgesehen,
der über einen Übertrager an das Stromnetz 4 angeschlossen
ist und beispielsweise das Signal aus dem Raum 11
aufnehmen und über seinen elektroakustischen Wandler 31 wieder
in ein akustisches Alarmsignal umsetzen kann.
Der Betrieb des in Figur 1 gezeigten Gefahrenmeldesystems
kann beispielsweise folgendermaßen ablaufen: wenn in dem Raum
11 der Melder 2 eine Gefahr, also beispielsweise Feuer oder
Rauch, detektiert, gibt er über den elektroakustischen Wandler
21 Alarm. Das schematisch mit Pfeilen AL gezeigte Alarmsignal
breitet sich durch den Raum 11 aus und über die akustisch
durchlässige Wand 14 auch in den Raum 12. Im Raum 12
wird das Signal von dem elektroakustischen Wandler 21 des
Melders 12-2 aufgenommen, umgesetzt und verstärkt, so daß es
wiederum als akustisches Signal abgegeben werden kann. Der
Melder 12-2 ist in diesem Fall die Auswertestation. So ist es
möglich, eine Person, die sich in dem Raum 12 aufhält, zu wecken,
so daß sie Rettungsmaßnahmen ergreifen kann, oder es
ist auch möglich, das Alarmsignal über weitere akustisch
durchlässige Wände, in andere, nicht gezeigte Räume weiter zu
übertragen.
Andererseits wird das Alarmsignal AL auch im Raum 11 bereits
über den Umsetzer 3 empfangen und in Form eines elektrischen
Signals über das Stromnetz 4, das Telefonnetz 5, das Funknetz
6 oder auf andere Weise weitergeleitet. So kann es über den
Umsetzer 13-3 im Raum 13 wiederum in ein akustisches Signal
umgewandelt und dem Melder 13-2 zugeführt werden, dessen elektroakustischer
Wandler 21 das Signal verstärkt und wieder
aussendet. So kann das Signal entweder auf dem akustischen
Übertragungsweg weitergeleitet oder gemischt teilweise akustisch
und teilweise elektrisch oder auch optisch weitergeleitet
und zu weiteren Alarmierungen bzw. Steuerungen verwendet
werden.
Figur 2 zeigt im Blockschaltbild einen typischen Aufbau eines
autarken Melders, wie er in Figur 1 als Gefahrenmelder 2 verwendet
ist. Der Melder besitzt als wesentliches Element einen
Sensor 208, dessen Sensorsignal einer Signalverarbeitungsund
Steuereinheit 206 zugeführt wird. Diese Einheit 206 erzeugt,
wenn das Sensorsignal eine Gefahr anzeigt, ein Alarmsignal,
das über einen Ausgangsverstärker 205, einen Umschalter
203 und ein Filter 202 dem elektroakustischen Wandler 201
zugeführt wird. Dieser elektroakustische Wandler wird in diesem
Fall als Signalgeber bzw. Lautsprecher verwendet, er gibt
ein akustisches Alarmsignal AL (Figur 1) an seine Umgebung
ab.
Der elektroakustische Wandler 201 kann aber nicht nur als
Signalgeber oder Lautsprecher verwendet werden, sondern auch
als Mikrofon bzw. als akustischer Empfänger. Einsetzbar sind
dabei sowohl piezoelektrische als auch dynamische Wandler oder
solche Wandler, die nach anderen physikalischen Prinzipien
arbeiten. Durch das Eingangs- und Ausgangsfilter 202
kann man eine Resonanz einstellen und damit die Selektivität
des Eingangs bzw. den Wirkungsgrad des Ausgangs erhöhen. Das
Filter 202 kann aber auch entfallen bzw. in dem elektroakustischen
Wandler 201 integriert sein. Über den Umschalter 203
schaltet die Steuerung zwischen akustischer Signalabgabe und
akustischem Signalempfang um. Das Signal "Umschalten" kommt
von der Signalverarbeitungs- und Steuereinheit 206. Ist der
Umschalter auf Empfang geschaltet, so wird das empfangene
Signal vom akustischen Wandler 201 über das Filter 202 und
den Eingangsverstärker 204 der Signalverarbeitungs- und Steuereinheit
206 zugeführt. Bei ausreichend hoher Spannungsfestigkeit
des Eingangsverstärkers 204 kann der Umschalter 203
auch entfallen. Der Eingangsverstärker 204 kann linear oder
selektiv ausgeführt werden. Er stellt zwei Ausgangssignale
zur Verfügung, nämlich das verstärkte Mikrofonsignal und das
Aufwecksignal für die relativ viel Energie verbrauchende
Signalverarbeitungs- und Steuerungseinheit 206. Dieses Aufwecksignal
schaltet zur Energieeinsparung die weiteren Verarbeitungsstufen
über die Leitung 209 erst ein, wenn ein Signal
mit ausreichendem Pegel an dem Verstärker 204 anliegt. Alternativ
dazu kann das verstärkte Mikrofonsignal durch die
Signalverarbeitungs- und Steuereinheit 206 in bestimmten
zeitlichen Abständen gepollt (abgefragt) werden. Bei ausreichend
hohem Mikrofon-Signalpegel kann der Eingangsverstärker
204 auch entfallen. Umgekehrt kann auch der Ausgangsverstärker
205, der das Ausgangssignal der Signalverarbeitungs- und
Steuereinheit verstärkt, bei ausreichend hohem Ausgangssignal
entfallen.
Die Aufgaben der Signalverarbeitungs- und Steuereinheit 206
sind folgende:
- Demodulation des Eingangssignals;
- Korrelation des Eingangssignals zur Signalverbesserung
(kann bei ausreichend hohen Signalpegeln entfallen);
- Entscheidung, ob das empfangene Signal korrekt ist (Signalisierung,
Befehl, etc.);
- Synchronisation mit dem empfangenen Signal und Aussenden
des synchronisierten, modulierten Signals, dessen Modulation
einstellbar ist;
- falls erforderlich, auch Adresserkennung und Befehlsausführung
und
- Erfüllung der komponentenspezifischen Aufgaben, wie Auswertung
eines Sensorsignals und dergleichen.
Die Codierungs- und Adresseinstellung erfolgt mit Hilfe der
Einstelleinrichtung 207.
Wie bereits erwähnt, kann die zeitliche Überlagerung der Signale
mehrerer, ein akustisches Alarmsignal abstrahlender Melder
deren Decodierung in einem Empfänger erschweren. Um solche
Interferenzen zu verhindern, sind verschiedene Verfahren
möglich. So wird anhand der Figuren 3 und 4 gezeigt, wie sich
die Empfänger auf das von einem Sender ausgesandte Signal
synchronisieren können, so daß alle Komponenten in dem Systemsynchron
laufen. Figur 3 zeigt dabei mehrere Komponenten K1
bis K4, welche jeweils ein akustisches Signal aussenden
und/oder empfangen können. Dabei sind diese Komponenten in
unterschiedlichen Entfernungen angeordnet. Die in Figur 3 mit
durchgezogenen Linien gezeigten Pfeile bezeichnen jeweils
Strecken, die eine akustische Verbindung zwischen den betreffenden
Komponenten ermöglichen, während die unterbrochenen
Linien jeweils Strecken bezeichnen, die keine akustische Verbindung
ermöglichen. Das bedeutet, daß die Komponenten K1, K2
und K3 untereinander in akustischer Hörverbindung stehen und
daß auch zwischen den Komponenten K3 und K4 eine akustische
Verbindung möglich ist, während zwischen K1 und K4 sowie zwischen
K2 und K4 eine solche Verbindung nicht möglich ist.
Nimmt man an, daß die Komponente K1 mit einer Signalisierung
beginnt, also ein Alarmsignal S1 aussendet und daß K2 und K3
dieses Signal empfangen. Das empfangene Signal wird in jeder
der Komponenten wieder umgesetzt und als akustisches Signal
neu ausgesandt. In der Komponente K4 kann aber nur das von K3
abgegebene Signal empfangen werden.
Figur 4 zeigt die Synchronisation der erwähnten Signale. Dabei
sind über der Zeit das Sendesignal S1 von der Komponente
K1 sowie die in den einzelnen anderen Komponenten K2 bis K4
empfangenen Signale aufgezeichnet, wobei S1 das in K2 und in
K3 empfangene Signal von K1, S2 das in K3 empfangene Signal
von K2 und S3 das in K4 empfangene Signal von K3 bedeutet.
Die Bitbreite des Signals ist jeweils so gewählt, daß bei den
weitestmöglichen Entfernungen zwischen jeweils zwei miteinander
kommunizierenden Komponenten keine Überlappungen von logisch
"0" und "1" auftreten können. In den Empfängern ist jeweils
ein Toleranzfenster T1 bzw. T2 für den Datenempfang so
vorgesehen, daß die mit Laufzeitverzögerung eintreffenden
Signale innerhalb diese Toleranzfensters empfangen werden.
Andere Verfahren zur Verhinderung von Interferenzen sind beispielsweise
zeitbasierte oder tonhöhenbasierte Random-Verfahren.
In den Figuren 5 und 6 ist beispielsweise ein
zeitbasiertes Random-Verfahren dargestellt. Figur 5 zeigt
vier Komponenten A, B, C und D, die, wie durch Pfeile dargestellt,
akustisch miteinander kommunizieren können. Es wird
also angenommen, daß zunächst ein Signal von der Komponente A
ausgeht, welches bei den übrigen drei Komponenten B, C und D
mit unterschiedlicher Laufzeitverzögerung ankommt. Außerdem
wird das Signal von den Komponenten B und C zusätzlich an die
Komponente D weitergeleitet. Mit einem Random-Verfahren kann
nun gewährleistet werden, daß ein Element jeweils sicher das
akustische Signal eines anderen hört. Dazu wird jedes Element
mit einem Random-Generator ausgestattet, der zufällig die
wiederholende Alarmierung unterbricht bzw. aussetzt. Dadurch
ergibt sich im statistischen Mittel die Möglichkeit, daß jeweils
nur ein Element sendet bzw. alarmiert. Nur in diesem
Fall wird das Alarmsignal von dem nächsten Empfänger empfangen
und ausgewertet.
Figur 6 zeigt hierzu die von den einzelnen Komponenten A bis
D abgegebenen Alarmsignale über aufeinanderfolgende Zeitzyklen
1,2,3.... Es wird zunächst ein Signal SA von der Komponente
A im Zyklus 1 abgegeben und im Zyklus 2 von den Komponenten
B und C aufgenommen und wiederholt, also als Signale
SB und SC abgegeben. Da im Zyklus 2 die beiden Signale überlagert
sind, werden sie in der Komponente D nicht ausgewertet.
Im Zyklus 3 wird die Aussendung des Signals in der Komponente
B durch den Zufallsgenerator unterbrochen, jedoch
sendet jetzt wiederum die Komponente A, welche im Zyklus 2
unterbrochen war, wieder, und zwar zusammen mit der Komponente
C. Im Zyklus 4 senden die Komponenten A und B. Im Zyklus 5
werden aufgrund der Zufallsfunktion sowohl die Komponenten A
und B unterbrochen, so daß lediglich die Komponente C ihr
Signal SC aussendet, das dann in dem Zyklus 6 von der Komponente
D empfangen und ausgewertet wird. Um bei diesem Beispiel
mit einer Unterbrechung jeder zweiten Übertagung (im
Mittel) eine 99,9%-ige Wahrscheinlichkeit zu erreichen, daß
nur ein Element sendet bzw. alarmiert, sind im Mittel 15 Übertragungszyklen
nötig, nach folgender Beziehung:
N (Anzahl der Zyklen) = In (1-0,999) / In (1-3/23) → υ15.
Nach dem gleichen Prinzip funktioniert ein tonhöhenbasiertes
Random-Verfahren. In diesem Fall wird die Tonhöhe, also die
Frequenz, jeweils zufällig geändert. Der Empfänger überprüft
die zugelassenen Frequenzen daraufhin, ob systemeigene
Schallwellen aktiv sind.
Bei dem sog. Chirp-Verfahren (nicht dargestellt) wird die
Tonhöhe der Signale kontinuierlich verändert (Sirenen-Effekt).
Stehen verschiedene Periodengeschwindigkeiten und
Variationsbreiten zur Verfügung, so kann dieses zu Interferenzauflösung
über mitlaufende Filter genutzt werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Verhinderung von Interferenzen
ist die Synchronisation mit Zykluszählern, die schematisch
anhand der Figur 7 gezeigt ist. Ziel der Synchronisation ist
es, die zeitliche Überlagerung der Alarmsignale von mehreren
ausgelösten akustischen Sendern zu verhindern, da die Decodierung
überlagerter Alarmsignale nicht gewährleistet ist.
Hierzu sind verschiedene Synchronisationsmethoden möglich.
Figur 7 zeigt das Verfahren mit einem Zykluszähler. Dabei erhält
das akustisch codierte Alarmsignal jeweils, zum Beispiel
an seinem Ende, eine laufende Zyklusnummer. Im Beispiel wird
mit drei Zyklen gearbeitet, nämlich 0, 1 und 2. Danach beginnt
die Zyklusreihe wieder von vorne. Die einzelnen Komponenten
sind so eingestellt, daß sie jeweils nur mit einer bestimmten
Zyklusnummer beispielsweise Zyklus 0, zu senden beginnen.
Wenn sie also ein Signal mit einer anderen Zyklusnummer
als 0 empfangen, so zählen sie die Zyklen durch und warten
mit dem Senden, bis der Zyklus 0 an der Reihe ist. In Figur
7 sind die einzelnen Zyklen für die verschiedenen Komponenten
auf der Zeitachse dargestellt. Beispielsweise beginnt
die Komponente A mit dem Aussenden der Signale in den Zyklen
0, 1 und 2. Die Komponente B empfängt das Signal von A zum
Zyklus 0 und wartet mit dem Aussenden bis zum nächsten Zyklus
0. Die Komponente C erkennt das Signal von A zum Zyklus 1 und
wartet mit dem Senden, bis ebenfalls wieder der Zyklus 0 an
der Reihe ist. Die Komponente D erkennt das Signal zum
nächstfolgenden Zyklus 1 und wartet dann wieder bis zum darauffolgenden
Zyklus 0, um das Signal weiter abzugeben. Damit
wird gewährleistet, daß alle Komponenten des Systems, die das
Alarmsignal erkennen, gemeinsam mit ihrer Sendefunktion starten.
Der akustisch-elektrische Wandler wird in vorteilhafter Weise
so ausgeführt, daß er gleichzeitig als Vorfilter wirkt. Dies
geschieht entweder dadurch, daß man den Wandler mit einer
sehr ausgeprägten mechanischen Resonanz ausstattet oder daß
zusätzliche elektrische Bauteile angeschaltet werden. Bei
Verwendung zusätzlicher Bauteile bilden sie mit den schwingfähigen
mechanischen Elementen einen Resonator. Die zusätzlichen
Bauteile (Kondensatoren oder Induktivitäten) können veränderbar
ausgestattet werden. Auf diese Weise kann ein automatischer
Abgleich des Vorfilters bewerkstelligt werden. Dies
erleichtert die Fabrikation oder kann das oben beschriebene
Chirp-Verfahren unterstützen.
Der Energieverbrauch eines autarken Melders (Fig. 2) oder einer
sonstigen Komponente kann durch folgende Maßnahmen gesenkt
werden:
a) Die Signalverarbeitungs- und Steuerungseinheit 206 wird
nur eingeschaltet, wenn am Ausgang des Einfangsverstärkers
204 ein bestimmter Pegel überschritten wird. b) Die gesamte Elektronik wird nur für bestimmte Zeitintervalle
eingeschaltet und wertet das Eingangssignal dann
aus.