EP2905758B1 - Vorrichtung zum Überwachen eines Behältnisses - Google Patents

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EP2905758B1
EP2905758B1 EP14154182.1A EP14154182A EP2905758B1 EP 2905758 B1 EP2905758 B1 EP 2905758B1 EP 14154182 A EP14154182 A EP 14154182A EP 2905758 B1 EP2905758 B1 EP 2905758B1
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EP
European Patent Office
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container
housing wall
output signals
piezoelectric sensors
sensors
Prior art date
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Active
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EP14154182.1A
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English (en)
French (fr)
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EP2905758A1 (de
Inventor
Oliver Dietz
Alexander Dr. Knobloch
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Wincor Nixdorf International GmbH
Original Assignee
Wincor Nixdorf International GmbH
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Publication date
Application filed by Wincor Nixdorf International GmbH filed Critical Wincor Nixdorf International GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/02—Mechanical actuation
    • G08B13/12—Mechanical actuation by the breaking or disturbance of stretched cords or wires
    • G08B13/126—Mechanical actuation by the breaking or disturbance of stretched cords or wires for a housing, e.g. a box, a safe, or a room

Definitions

  • the present invention relates to a device for monitoring a container according to the preamble of patent claim 1, in particular for monitoring a security container, such as a cashbox or an ATM.
  • the present invention further relates to a container for storing a valuables article according to the preamble of claim 9 and a method for monitoring a container according to the preamble of claim 13.
  • Containers in particular security containers such as ATMs, cash boxes, safes, containers, containers for liquid, solid and gaseous substances, such as drinking water tanks, chemical transport containers, containers for refinery products, such as tankers, often have to be monitored for their condition. For example, states of the container to be monitored to be recognized and carried out depending on the detected state certain reactions.
  • a monitoring device for a cashbox detects that the cashbox is being broken open and, in response to such a detected manipulation attempt, triggers a coloring technology to color stored banknotes and thus to invalidate them.
  • the reactions to a detected state may be different from each other. It is essential, however, first that the condition of the monitoring device is correctly diagnosed. Increasingly, it is demanded that such a monitoring device not only determines that a state deviating from the normal state exists, but that the deviating state is specified in more detail. For example, it is sometimes not sufficient that only the state in "foreign access / manipulation attempt" is diagnosed, but a monitoring device should now also the manner of external access, such as "foreign access in the form of a destruction attempt," foreign access in the form of a targeted Opening attempt "etc. detect.
  • a container usually sensors are used.
  • the DE 10 2004 007 581 B4 in that a single piezoelectric sensor is used to detect a manipulation attempt in a cashbox.
  • the piezoelectric sensor is arranged in an intermediate space of the housing of the cashbox, in which a devaluation liquid is provided, which is to arrive in the case of a detected foreign access to in the cashbox banknotes for devaluation of the same.
  • a piezoelectric actuator is provided, which puts the liquid in a defined oscillation. The oscillation of the liquid is analyzed by an evaluation unit, which is coupled to the piezo sensor.
  • the EP 2 037 424 A2 discloses an apparatus for monitoring a container using an acceleration sensor capable of detecting accelerations in three mutually different directions.
  • the EP 2 568 447 A1 in that a plurality of sensors are provided in a cash box for the detection of a manipulation attempt.
  • sensors for example, there can position sensors, shock sensors to determine jerky load, sensors to determine the opening of a lid of the cashbox, sensors for determining the Opening a shutter of the cashbox, liquid sensors and / or gas sensors may be provided.
  • the DE 30 23 427 A1 discloses a device having the features of the preamble of claim 1.
  • the US 2007/040675 A1 discloses a technical teaching according to which cracks can be detected in a freight container.
  • the document proposes to place a plurality of sensors on the container whose output signals are fed via an interface circuit of a CPU.
  • Various sensor types such as moisture sensors and inductive sensors, but no piezoelectric sensors are disclosed there.
  • Object of the present invention is to propose a monitoring device that can detect a state of a container in a cost effective and reliable manner.
  • the device of the first aspect of the present invention is for monitoring a container.
  • the container may be any container or functional module.
  • ATMs, ATM modules, such as cash boxes, other containers, such as safes, containers, containers for liquid, solid or gaseous substances, such as drinking water containers, chemical transport containers, containers for refinery products, such as tanks, etc. may be considered.
  • the device according to the invention is designed for an arrangement in or on such a container.
  • the device does not monitor the condition of the container from a distance, but is preferably itself, at least mostly arranged on or in the container to be monitored.
  • the device For detecting external pressure influences, the device has a sensor network which has a plurality of piezosensors, wherein the piezoelectric sensors are each designed for a spatially separate arrangement in or on the container.
  • piezosensors are arranged at mutually different locations of the container, so that not only a small area of the container can be monitored, but the entire container.
  • the present invention is not limited to any type of piezosensor, but basically, various types of piezo sensors may be used for the purposes of the present invention.
  • piezosensors are particularly preferably used which can be integrally embedded in the same during the manufacture of the container to be monitored.
  • suitable piezoceramics are suitable for this purpose.
  • piezoelectric sensor in the present case is to be understood as meaning a sensor which provides a voltage under the action of pressure in accordance with the piezoelectric effect and, when exposed to a voltage, changes its external dimension according to the piezoelectric effect.
  • the device of the first aspect of the present invention further comprises an evaluation unit.
  • the evaluation unit is coupled via a coupling means to the sensor network.
  • the evaluation unit is coupled via conductor tracks and / or lines and / or other electrically conductive connections to the piezo sensors of the sensor network.
  • the coupling of the piezo sensors of the sensor network to the evaluation unit is preferably implemented wired and not wirelessly.
  • the evaluation unit is designed to receive output signals of the plurality of piezo sensors via the coupling means and to evaluate these.
  • the piezoelectric sensors are each arranged at spatially separated positions in or on the container and provide output signals in the form of output voltages as a function of external pressure influences.
  • the evaluation unit is designed to evaluate these output signals, that is, for example, to determine voltage levels of the various output signals of the piezoelectric sensors, as well as to provide a status signal as a function of the evaluation.
  • the evaluation unit comprises, for example, filters for filtering the output signals and / or uses specific signal processing algorithms to produce the status signal.
  • the filters may be realized by electronic components and / or implemented by software based.
  • the evaluation unit has a microcontroller and a data memory, which is preferably coupled to the microcontroller.
  • the evaluation unit is preferably designed to compare the output signals with excitation patterns stored on the data memory and to provide the status signal as a function of the comparison.
  • the data memory can be programmed, for example, in advance as part of a calibration process with certain Anreungsmusterm. For example, a first excitation pattern is indicative of a first state, such as a normal state, a second excitation pattern is indicative of a first manipulation attempt type, a third excitation pattern is indicative of a second manipulation type, etc.
  • the output signals of the piezo sensors may be, for example, two- or multi-dimensional signals be understood.
  • image processing-based methods are used. First of all, features are generated from the output signals, for example, which can then be compared with the excitation patterns stored on the data memory.
  • the provided status signal is indicative of a condition of the container to be monitored.
  • the status signal indicates that there is a manipulation attempt.
  • the status signal is for example provided to a devaluation unit which is designed to devalue an object stored in the container as a function of the value of the status signal.
  • the evaluation unit can reliably at least on the presence of a certain condition, such as a manipulation attempt close. False detections are avoided in particular by the fact that the output signals of several piezo sensors are evaluated simultaneously by the evaluation unit.
  • the sensor network is essentially capable of autonomous operation.
  • the device is, for example, by the conversion of microstructural vibrations, which usually constantly occur, energized in electrical voltages by means of piezoelectric sensors.
  • an activation of the evaluation unit by events such as a break-open attempt, a vibration, etc., possible by the piezoelectric sensors directly converts the mechanical impulses caused by it into electrical voltages. This will be explained in more detail below with reference to an embodiment.
  • the piezosensors of the sensor network are configured for a form-fitting arrangement in a housing wall of the container delimited by an outer housing wall surface and an inner housing wall surface.
  • the piezosensors are preferably embedded in a form-fitting manner in the usually solid housing wall material.
  • the piezo sensors are in direct contact with the fixed housing wall or form part of the same, so that external pressure influences on the housing wall of the container can be sensitively detected. It is not necessary to stimulate the piezo sensors for the time being. Rather, a respective piezoelectric sensor converts external pressure influences into a respective voltage and makes this voltage available as an output signal of the evaluation unit for the purpose of evaluation.
  • a pressure influence on the housing wall thus has an immediate effect on a deformation of the outer dimensions of a respective piezoelectric sensor, as a result of which the piezoelectric sensor generates an output voltage which the evaluation unit can evaluate.
  • the piezoelectric material of the piezoelectric sensors is already integrated in the production of the housing of the container in the solid housing wall material. The same applies at least to parts of the coupling means, so that the evaluation unit has easy access to the output signals of the piezoelectric sensors.
  • the piezoelectric sensors are thus preferably designed to be integrated in the housing wall in the course of production of the housing wall of the container, for example by means of an injection molding process.
  • the sensor composite can be manufactured separately and then attached, for example, to the inner or outer housing wall of the container, for example, glued.
  • the sensor composite is produced with the aid of a process derived from fiber composite technology, in which different sensor materials, such as piezoceramics, electrical lines, insulations and connections, are firmly joined together by means of a synthetic resin.
  • a complex and large-scale sensor composite can be produced.
  • a sensor composite produced in this way has the further advantage that it can be fastened in a simple manner by gluing to an already existing container.
  • the otherwise very sensitive piezoceramics are thereby robustly coupled to the container, so that they can even bend and still produce reliable signals even in the unlikely event of a breakage of the container.
  • the device comprises not only the plurality of piezosensors, but also other sensors, such as position sensors, shock sensors, liquid sensors, and / or gas sensors, etc.
  • the evaluation unit is further configured to be placed in different operating states and in Dependence of the respective operating state in each case to activate a subset of the sensors and to deactivate other sensors, ie to take into account only output signals of specific sensors during the evaluation.
  • Such an approach is for example from the EP 2 568 447 A1 is known and will be pursued according to exemplary embodiments in the context of the implementation of the present invention.
  • the microcontroller of the evaluation unit on a plurality of pins, wherein a respective one of the output signals of the piezoelectric sensors is supplied to a separate pin of the microcontroller.
  • the piezo sensors are arranged at mutually different positions of the container, for example at different positions within the housing wall of the container. Since a separate pin is assigned to each piezoelectric sensor, a microcontroller can spatially allocate corresponding output signals and take this spatial assignment into account in the evaluation of all the output signals. Also in this way the detection of a condition can be made more reliable.
  • the spatial allocation results in particular because of a piezo sensor each assigned separate pins of the microcontroller.
  • the output signals of the piezoelectric sensors must therefore not be encoded for the purpose of spatial assignment or the like.
  • the microcontroller of the evaluation unit is designed to take an active mode or an inactive mode depending on the output signals of the piezo sensors, wherein in the inactive mode no evaluation of the output signals takes place and in active mode, the output signals are selected and produces the status signal becomes.
  • This embodiment includes the recognition that the container to be monitored is often not moved over long periods of time and that during this period, no external pressure influences on the container. During this time, it is not necessary to monitor the output signals of the piezo sensors. During this time, the microcontroller thus takes a power-saving inactive mode, in which virtually no power is consumed.
  • 'inactive mode' is meant in particular a power saving mode.
  • At least one piezo sensor of the sensor assembly provides an output signal.
  • This output signal that is, a voltage level exceeding a certain threshold, interpreted by the microcontroller as a wake-up signal and passes to the detection of such an output signal from the inactive mode to the active mode, in which the output signals of the piezoelectric sensors are evaluated. If all piezo sensors again supply output signals with a voltage level which is always below the specified threshold value over a certain period of time, the microcontroller again switches to the power-saving inactive mode.
  • All piezosensors of the sensor network are in a preferred embodiment designed as passive sensors that do not require an external supply of electrical energy to provide the respective output signal.
  • the evaluation unit has an excitation module which is designed to set a specific number of the piezo sensors into defined oscillations using the coupling means.
  • the evaluation unit is preferably designed to receive the output signals of the other piezosensors, ie the piezoelectric sensors, which are not excited by the excitation module, and to evaluate them and to provide the status signal as a function of the evaluation.
  • One part of the multitude of piezosensors acts as an actuator in this variant, and the other part of the Piezo sensors as sensor. This embodiment allows a reliable integrity check of the container and even more reliable generation of the state signal, which will be described in more detail below.
  • the excitation module provides a defined excitation voltage, such as a periodic excitation voltage, for example a sinusoidal or rectangular excitation voltage, and supplies this excitation voltage to the specific number of piezosensors via the coupling means in order to set them in defined oscillations.
  • a respective one of the predetermined number of piezoelectric sensors changes its spatial dimensions according to the piezoelectric effect and thus displaces the housing of the container into a certain vibration, which also takes place in a defined manner in an intact housing.
  • This housing oscillation is converted by the not excited by the excitation voltage piezoelectric sensors into corresponding output signals that are received and evaluated by the evaluation unit. For example, the evaluation unit compares these output signals with the excitation patterns stored on the data memory.
  • One of these excitation patterns is, for example, indicative of a damage-free and uninfluenced housing, that is: for the said defined housing vibrations. Deviations from such an excitation pattern, resulting for example from a current or previous manipulation attempt, in which the housing is changed or has been changed, can be determined particularly reliably in this embodiment.
  • the state signal can thus be generated in a more reliable manner, because deviations from the defined excitation patterns can be classified more safely by external influence.
  • the integrity ie the integrity of the housing can be checked at regular intervals.
  • the excitation of the specific number of piezoelectric sensors by the excitation module takes place only when there is a certain uncertainty with regard to the evaluation of the output signals of the piezoelectric sensors. Is located For example, the evaluation result in a tolerance range in which can not be concluded clearly on a normal state or a manipulation attempt, the excitation module excites the specific number of piezoelectric sensors in a defined manner with the excitation voltage, so that a deviation in the output signals of the other not by the Stimulation voltage excited piezoelectric sensors can be classified by the expected actual output signals safely.
  • the excitation module is designed to excite the specific number of piezosensors at fixed times with the defined excitation voltage in order to perform the integrity check.
  • the evaluation unit of the monitoring device is designed and adapted for coupling to a devaluation unit of the container, to provide the cancellation unit with the status signal, wherein the devaluation unit is designed to devaluate an article stored in the container.
  • the evaluation unit detects a manipulation attempt and provides a corresponding status signal to the devaluation unit, the devaluation unit can ensure that the object stored in the container is invalidated. This can be done in different ways. For example, it is known to trigger a coloring technology on a cash box that stores notes of value.
  • the devaluation unit itself therefore does not have to have a further sensor system, but can be controlled by the evaluation unit of the monitoring device according to the invention.
  • the positioning of the individual sensors and / or the production of the sensor network is carried out according to the respective requirements.
  • the excitation module - as described above - places a single or several piezo sensors, simultaneously or in sequence, in defined oscillations, so that the evaluation unit receives a Deviation of output signals that would be expected in normal state, can detect to increase the accuracy of the state signal.
  • One and the same piezoelectric sensor can thus act both as a sensor and as an actuator.
  • the excitation module excites only the particular one Number of piezo sensors of the sensor network, whereas the other piezosensors of the sensor network, preferably at least two, are not excited by the excitation module.
  • the non-excited piezoelectric sensors react both to the vibrations that have coupled the excited piezoelectric sensors nondestructive in the housing of the container to be monitored, as well as external pressure influences.
  • the output signals of these piezosensors not excited by the excitation voltage are evaluated by the evaluation unit, and depending on the evaluation, the evaluation unit provides the status signal.
  • the stored in the data store excitation patterns are changed at certain times.
  • This embodiment includes the realization that third parties perform tests on stolen containers, for example, in order to determine the conditions under which the evaluation unit generates a status signal which is indicative of a manipulation attempt. Then, third parties could succeed in opening the container with measures that have a vibration pattern that does not result in the generation of a condition signal that is indicative of a tampering attempt.
  • a second aspect of the present invention is a container for storing a valuable item, the container having a device according to the first aspect of the present invention.
  • the container is a cashbox.
  • the piezo sensors of the sensor assembly are arranged, for example, in or on the housing wall of the cash box, that is, in or on a wall of a cash box tray.
  • a piezosensor of the sensor assembly does not necessarily have to be arranged on a shutter of the cashbox.
  • the piezosensors are preferably arranged in a form-fitting manner in a housing wall material in a housing wall of the container delimited by an outer housing wall surface and an inner housing wall surface.
  • the sensor composite is manufactured separately and glued, for example, on the housing wall of the container. In both variants it is ensured that vibrations of the Housing wall immediately lead to a deformation of the piezoelectric sensors and thus to provide appropriate output voltages.
  • the piezoelectric sensors are each formed by a piezo material and the housing wall by a solid housing wall material.
  • the piezoelectric material is preferably integrated together with parts of the coupling means in the production of the housing wall in the housing wall, so that the piezoelectric material and the parts of the coupling means are positively embedded in the housing wall material.
  • a third aspect of the present invention is the method for monitoring a container according to independent claim 13.
  • the method of the third aspect of the present invention shares the advantages of the apparatus of the first aspect of the present invention.
  • Advantageous embodiments of this inventive method correspond to the above-described advantageous embodiments of the monitoring device according to the invention and the container according to the invention, in particular, as defined in the dependent claims.
  • the output signals of the piezo sensors are processed using an image processing algorithm and transformed into a certain number of features. These features are then compared to pre-stored excitation patterns, optionally after prior fusion with features from further output signals from other sensors for monitoring the container.
  • Fig. 1 shows in a schematic and exemplary manner an illustration of a container 1 according to the invention, which has a monitoring device according to the invention.
  • the container 1 is, for example, a cash box comprising a storage module 14 for storing notes of value.
  • a devaluation unit 15 is arranged in such a cash box 1, which devaluates the bank notes stored in the storage module 14 as a function of a status signal 311, for example by triggering a coloring technology.
  • Essential for the operation of such a devaluation unit 15 is the generation of the state signal 311.
  • This state signal 311 is produced by the device according to the invention for monitoring the container 1.
  • the monitoring device has a sensor network 2, which is coupled via a coupling means 23 to an evaluation unit 3 of the monitoring device.
  • the sensor assembly 2 includes a plurality of piezo sensors 21-2 to 21-10, which are each arranged at spatially separated positions in the container 1, in a housing wall 13 which is delimited by an outer housing wall surface 11 and an inner housing wall surface 12 ,
  • the schematic representation of Fig. 1 is intended to express that each piezoelectric sensor 21-1 to 21-10 is coupled via the coupling means 23 to the evaluation unit 3.
  • the piezo sensors 21-1 to 21-10 need not necessarily be connected to each other; It is sufficient that the output signals of the piezoelectric sensors 21-1 to 21-10 can be made available to the evaluation unit 3 via the coupling means 23.
  • Piezosensoren 21-1 to 21-10 and parts of the coupling means 23 are already integrated in the production of the housing wall 13 in selbiger.
  • the housing wall 13 is usually made of a solid plastic material and the piezo sensors 21-1 to 21-10 are embedded in a form-fitting manner in this fixed housing wall material.
  • external pressure influences on the container 1 can result directly in deformations of the piezoelectric sensors 21-1 to 21-10, ie directly in a provision of a corresponding output voltage.
  • the evaluation unit 3 is coupled to all the piezo sensors 21-1 to 21-10 in such a way that it can receive the output signals provided by these in the form of output voltages or output currents.
  • the evaluation unit 3 comprises a microcontroller ( ⁇ C) 31 and a data memory (MEM) 32.
  • the microcontroller 31 has a plurality of (in the Fig. 1 not shown) input pins, wherein a respective one of the piezoelectric sensors 21-1 to 21-10 a separate pin of the microcontroller 31 is assigned. In this way, the microcontroller 31 of the evaluation unit 3 can recognize which output signal is to be assigned to which piezoelectric sensor and can thus make a statement as to which position of the container the external pressure influence is effective.
  • Excitation patterns are stored on the data memory 32 of the evaluation unit 3. As part of the evaluation of the output signals of the piezoelectric sensors 21-1 to 21-10, the microcontroller 31 compares the received output signals, optionally after a previous classification, with the stored on the data memory 32 excitation patterns and provides the status signal 311 depending on the comparison.
  • a first excitation pattern corresponds, for example, to a manipulation attempt by boring the housing wall 13
  • a second excitation pattern corresponds for example to a manipulation attempt by fragmentation of the housing wall 13
  • a third excitation pattern corresponds, for example, to a normal state in which no manipulation attempt is currently taking place.
  • Output signals which allow the evaluation unit 3 to conclude that there is an attempt at a boring, which therefore have a sufficiently large agreement with the first excitation pattern, are shown schematically and by way of example in FIG Fig. 2A shown.
  • the abscissa axis indicates the time (t) in seconds (s) and the ordinate axis indicates a pressure (PS) in any unit (arbitrary unit).
  • PS pressure
  • a drill contacts the housing wall 13. Over a period of about 4.5 seconds, the housing wall 13 is drilled at various pressures.
  • the microcontroller 31 does not reach an unambiguous result as part of the evaluation of the output signals of the piezo sensors 21-1 to 21-10, then this can be controlled by means of an excitation module (EX) 33 a certain number of piezo sensors 21-1 to 21-10 by supplying a defined excitation voltage put them in defined vibrations that propagate along the housing wall 13 and also affect unexcited piezoelectric sensors.
  • EX excitation module
  • the specific number of piezosensors 21-1 to 21-10 can be excited simultaneously or with a time delay.
  • the output signals provided by the unexcited piezoelectric sensors in the event of a manipulation attempt, deviate in a certain way from the output signals that would result if no manipulation attempt were present.
  • the microcontroller 31 selectively assumes an active mode or an inactive mode depending on the output signals of the piezo signals 21-1 to 21-10.
  • the active mode no evaluation of the output signals takes place and in the inactive mode (energy-saving mode), the output signals are evaluated and the status signal 311 is produced.
  • the inactive mode the power consumption of the microcontroller 31 is comparatively low or zero.
  • the microcontroller 31 enters the inactive mode when no output signals are received over a certain period of time that exceed a certain threshold and / or do not deviate from certain excitation patterns stored on the data memory 32. However, if one of the received output signals exceeds the certain threshold value, the microcontroller 31 interprets this signal as a wake-up signal and starts to evaluate all the received output signals and to produce the status signal 311.
  • the piezo sensors 21-1 to 21-10 are not dependent on an external power supply.
  • the piezosensors 21-1 to 21-10 are preferably passive sensors, which, however, are at least partially configured to be set in oscillation by the excitation module 33, ie to act as an actuator.
  • the present invention is not limited to a particular type of piezosensor. Basically, all piezosensor types come into consideration. However, particularly preferably piezoceramics are used, which are integrated in the same during the manufacture of the housing wall 13, and that together with electrical lead connections, insulation and connections, so that the evaluation unit 3 can be connected to the sensor assembly 2 in a simple manner. Alternatively, it is possible to produce the entire sensor composite 2 in a separate process and then glue it to, for example, the inner housing wall surface 12 and / or the outer housing wall surface 11.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen eines Behältnisses gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere zum Überwachen eines Sicherheitsbehältnisses, wie beispielsweise einer Geldkassette oder eines Geldautomaten. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Behältnis zum Aufbewahren eines Wertgegenstandes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 sowie ein Verfahren zum Überwachen eines Behältnisses gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13.
  • Behältnisse, insbesondere Sicherheitsbehältnisse wie Geldautomaten, Geldkassetten, Safes, Container, Behältnisse für flüssige, feste und gasförmige Stoffe, wie beispielsweise Trinkwasserbehälter, Chemietransportbehälter, Behälter für Raffinerieprodukte, beispielsweise Tankwagen, müssen häufig hinsichtlich ihres Zustandes überwacht werden. Beispielsweise sollen Zustände des zu überwachenden Behältnisses erkannt werden und in Abhängigkeit des erkannten Zustandes bestimmte Reaktionen erfolgen. Bekannt ist in diesem Zusammenhang beispielsweise, dass eine Überwachungsvorrichtung für eine Geldkassette detektiert, dass die Geldkassette aufgebrochen wird und in Reaktion auf einen solchen detektierten Manipulationsversuch eine Einfärbetechnologie auslöst, um gelagerte Wertscheine einzufärben und damit zu entwerten.
  • Die Reaktionen auf einen detektierten Zustand können verschieden voneinander ausfallen. Wesentlich ist jedoch zunächst, dass der Zustand von der Überwachungsvorrichtung korrekt diagnostiziert wird. Zunehmend wird gefordert, dass eine solche Überwachungsvorrichtung nicht nur feststellt, dass ein vom Normalzustand abweichender Zustand vorliegt, sondern der abweichende Zustand näher spezifiziert wird. Beispielsweise ist es mitunter nicht mehr ausreichend, dass lediglich der Zustand in "Fremdzugriff/Manipulationsversuch" diagnostiziert wird, sondern eine Überwachungsvorrichtung soll nunmehr auch die Art und Weise des Fremdzugriffs, wie beispielsweise "Fremdzugriff in Gestalt eines Zerstörungsversuchs", "Fremdzugriff in Gestalt eines gezielten Öffnungsversuchs" etc. detektieren.
  • Zum Überwachen eines Behältnisses werden üblicherweise Sensoren eingesetzt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2004 007 581 B4 , dass zur Detektion eines Manipulationsversuchs bei einer Geldkassette ein einziger Piezosensor eingesetzt wird. Dabei ist der Piezosensor in einem Zwischenraum des Gehäuses der Geldkassette angeordnet, in dem auch eine Entwertungsflüssigkeit vorgesehen ist, die im Falle eines detektierten Fremdzugriffs auf in der Geldkassette befindliche Wertscheine zur Entwertung derselben gelangen soll. Zum Erkennen eines Manipulationsversuchs ist ein Piezoaktor vorgesehen, der die Flüssigkeit in eine definierte Schwingung versetzt. Die Schwingung der Flüssigkeit wird von einer Auswerteeinheit, die an den Piezosensor gekoppelt ist, analysiert. Weicht die Schwingung von einem Muster ab, so wird auf einen Manipulationsversuch geschlossen und eine Explosivladung gezündet, sodass die in dem Zwischenraum befindliche Flüssigkeit auf die Wertscheine gelangt. Nachteilig an dieser Variante ist zunächst der in der Herstellung aufwendige und damit kostenintensive Aufbau der Geldkassette mit den Zwischenräumen und der darin befindlichen Flüssigkeit. Ferner ist nachteilig, dass nur ein einziger Sensor vorgesehen ist, da im Ergebnis nur ein einziges Messsignal zur Verfügung steht, basierend auf dem festgestellt werden muss, ob ein Manipulationsversuch vorliegt oder nicht. Dies kann zu Fehlauslösungen führen.
  • Die EP 2 037 424 A2 offenbart eine Vorrichtung zum Überwachen eines Behältnisses, bei der ein Beschleunigungssensor zum Einsatz kommt, der Beschleunigungen in drei voneinander verschiedenen Richtungen erfassen kann.
  • Ferner offenbart die EP 2 568 447 A1 , dass zur Detektion eines Manipulationsversuchs eine Vielzahl von Sensoren in einer Geldkassette vorgesehen ist. Beispielsweise können dort Lagesensoren, Schocksensoren zur Ermittlung stoßartiger Belastung, Sensoren zur Ermittlung des Öffnens eines Deckels der Geldkassette, Sensoren zur Ermittlung des Öffnens eines Shutters der Geldkassette, Flüssigkeitssensoren und/oder Gassensoren vorgesehen sein.
  • Die DE 30 23 427 A1 offenbart eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
  • Die US 2007/040675 A1 offenbart eine technische Lehre, gemäß der Risse in einem Frachtcontainer festgestellt werden können. Die Schrift schlägt vor, eine Vielzahl von Sensoren am Container zu platzieren, deren Ausgangssignale über einen Schnittstellenschaltkreis einer CPU zugeführt sind. Verschiedene Sensortypen, wie Feuchtigkeitssensoren und induktive Sensoren, jedoch keine Piezosensoren sind dort offenbart.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Überwachungsvorrichtung vorzuschlagen, die in kostengünstiger und zuverlässiger Weise einen Zustand eines Behältnisses detektieren kann.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 13. Merkmale vorteilhafter Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Vorrichtung des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung dient zum Überwachen eines Behältnisses. Bei dem Behältnis kann es sich um ein beliebiges Behältnis oder Funktionsmodul handeln. In Betracht kommen beispielsweise Geldautomaten, Module von Geldautomaten, wie Geldkassetten, andere Behältnisse, wie Safes, Container, Behältnisse für flüssige, feste oder gasförmige Stoffe, wie Trinkwasserbehälter, Chemietransportbehälter, Behälter für Raffinerieprodukte, wie beispielsweise Tanks usw.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für eine Anordnung in oder an einem solchen Behältnis ausgestaltet. Die Vorrichtung überwacht den Zustand des Behältnisses nicht von der Ferne aus, sondern ist bevorzugt selbst, zumindest größtenteils am oder in dem zu überwachenden Behältnis angeordnet.
  • Die Vorrichtung weist zum Erfassen äußerer Druckeinflüsse einen Sensorverbund auf, der eine Vielzahl von Piezosensoren aufweist, wobei die Piezosensoren jeweils für eine räumlich voneinander getrennte Anordnung in oder an dem Behältnis ausgestaltet sind.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Piezosensoren an voneinander verschiedenen Stellen des Behältnisses angeordnet sind, sodass nicht nur ein kleiner Bereich des Behältnisses überwacht werden kann, sondern das gesamte Behältnis.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf keinen Piezosensortyp eingeschränkt, sondern es können grundsätzlich verschiedene Typen von Piezosensoren für die Zwecke der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Besonders bevorzugt kommen jedoch Piezosensoren zum Einsatz, die sich während der Herstellung des zu überwachenden Behältnisses integrativ in selbiges einbetten lassen. Beispielsweise eignen sich dazu bestimmte Piezokeramiken.
  • Unter dem Begriff Piezosensor ist vorliegend ein Sensor zu verstehen, der bei Druckeinwirkung gemäß dem Piezoeffekt eine Spannung bereitstellt und beim Beaufschlagen mit einer Spannung seiner äußeren Abmessung gemäß dem Piezoeffekt verändert.
  • Die Vorrichtung des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst ferner eine Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit ist über ein Ankopplungsmittel an den Sensorverbund gekoppelt. Beispielsweise ist die Auswerteeinheit über Leiterbahnen und/oder Leitungen und/oder andere elektrisch leitfähige Verbindungen an die Piezosensoren des Sensorverbundes gekoppelt. Die Ankopplung der Piezosensoren des Sensorverbundes an die Auswerteeinheit ist bevorzugt drahtgebunden implementiert und nicht drahtlos.
  • Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, über das Ankopplungsmittel Ausgangssignale der Vielzahl von Piezosensoren zu empfangen und diese auszuwerten. Beispielsweise sind die Piezosensoren jeweils an räumlich voneinander getrennten Positionen in oder an dem Behältnis angeordnet und stellen in Abhängigkeit äußerer Druckeinflüsse Ausgangssignale in Gestalt von Ausgangsspannungen bereit. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, diese Ausgangssignale auszuwerten, also beispielsweise Spannungspegel der verschiedenen Ausgangssignale der Piezosensoren zu ermitteln, sowie in Abhängigkeit von der Auswertung ein Zustandssignal bereitzustellen. Zum Auswerten der Ausgangssignale der Piezosensoren umfasst die Auswerteeinheit beispielsweise Filter zum Filtern der Ausgangssignale und/oder setzt bestimmte Signalverarbeitungsalgorithmen ein, um das Zustandssignal zu produzieren. Die Filter können durch elektronische Bauteile realisiert sein und/oder durch softwarebasiert implementiert sein.
  • Zum Auswerten der Ausgangssignale der Piezosensoren weist die Auswerteinheit einen Mikrocontroller und einen Datenspeicher auf, der bevorzugt an den Mikrocontroller gekoppelt ist. Bevorzugt ist die Auswerteeinheit ausgebildet, im Rahmen der Auswertung der Ausgangssignale der Piezosensoren die Ausgangssignale mit auf dem Datenspeicher hinterlegten Anregungsmustern zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs das Zustandssignal bereit zu stellen. Der Datenspeicher kann beispielsweise vorab im Rahmen eines Kalibrierungsprozesses mit bestimmten Anregungsmusterm programmiert werden. Ein erstes Anregungsmuster ist beispielsweise indikativ für einen ersten Zustand, wie einen Normalzustand, ein zweites Anregungsmuster ist beispielsweise indikativ für einen ersten Manipulationsversuchstyp, ein drittes Anregungsmuster ist beispielsweise indikativ für einen zweiten Manipulationsversuchstyp usw. Die Ausgangssignale der Piezosensoren können beispielsweise als zwei- oder mehrdimensionale Signale aufgefasst werden. Bei der Auswertung der Ausgangssignale der Piezosensoren kommen bei einer bevorzugten Variante bildverarbeitungsbasierte Verfahren zum Einsatz. Zunächst werden beispielsweise aus den Ausgangssignalen Merkmale generiert, die dann mit den auf dem Datenspeicher hinterlegten Anregungsmustern verglichen werden können.
  • Das bereitgestellte Zustandssignal ist indikativ für einen Zustand des zu überwachenden Behältnisses. Beispielsweise zeigt das Zustandssignal also an, dass ein Manipulationsversuch vorliegt. Das Zustandssignal wird beispielsweise einer Entwertungseinheit bereitgestellt, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Werts des Zustandssignals einen in dem Behältnis gelagerten Gegenstand zu entwerten.
  • Unter Verwendung einer Vielzahl von Piezosensoren, also wenigstens zwei Piezosensoren, die an voneinander verschiedenen Positionen in oder an dem Behältnis angeordnet sind, kann die Auswerteeinheit zuverlässig wenigstens auf das Vorliegen eines bestimmten Zustandes, wie beispielsweise einen Manipulationsversuch, schließen. Falsche Detektionen werden insbesondere dadurch vermieden, dass die Ausgangssignale mehrerer Piezosensoren simultan von der Auswerteeinheit ausgewertet werden.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt in dem geringen Energiebedarf zum Betrieb der Vorrichtung. Denn durch die Nutzung des Piezoeffekts ist der Sensorverbund im Wesentlichen zu einem autonomen Betrieb fähig. Die Vorrichtung wird beispielsweise durch die Wandlung von Mikrostrukturschwingungen, die in der Regel ständig auftreten, in elektrische Spannungen mittels der Piezosensoren energetisch versorgt. Ebenso ist eine Aktivierung der Auswerteeinheit durch Ereignisse, wie einen Aufbruchversuch, eine Erschütterungen etc., möglich, indem die Piezosensoren die dadurch verursachten mechanischen Impulse direkt in elektrische Spannungen umwandelt. Dies soll weiter unten mit Bezug auf ein Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
  • Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zusätzlichen Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können zur Bildung weiterer Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, sofern sie nicht ausdrücklich als alternativ zueinander beschrieben sind.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Piezosensoren des Sensorverbundes für eine formschlüssige Anordnung in einer durch eine äußere Gehäusewandoberfläche und eine innere Gehäusewandoberfläche begrenzten Gehäusewand des Behältnisses ausgestaltet. Die Piezosensoren sind bevorzugt formschlüssig in dem üblicherweise festen Gehäusewandmaterial eingebettet. Somit stehen die Piezosensoren in unmittelbaren Kontakt mit der festen Gehäusewand bzw. bilden Teil derselben aus, sodass äußere Druckeinflüsse auf die Gehäusewand des Behältnisses sensibel detektiert werden können. Dabei ist es nicht notwendig, die Piezosensoren vorerst anzuregen. Vielmehr wandelt ein jeweiliger Piezosensor äußere Druckeinflüsse in eine jeweilige Spannung und stellt diese Spannung als Ausgangssignal der Auswerteeinheit zum Zwecke der Auswertung zur Verfügung. Ein Druckeinfluss auf die Gehäusewand wirkt sich also unmittelbar auf eine Verformung der äußeren Abmessungen eines jeweiligen Piezosensors aus, wodurch der Piezosensor eine Ausgangsspannung generiert, die die Auswerteeinheit auswerten kann. Vorzugsweise wird das Piezomaterial der Piezosensoren bereits bei der Herstellung des Gehäuses des Behältnisses in dem festen Gehäusewandmaterial integriert. Selbiges gilt wenigstens für Teile des Ankopplungsmittels, sodass die Auswerteeinheit in einfacher Weise Zugriff auf die Ausgangssignale der Piezosensoren hat.
  • Bevorzugt sind die Piezosensoren folglich ausgestaltet, im Zuge der Produktion der Gehäusewand des Behältnisses in der Gehäusewand integriert zu werden, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens.
  • Alternativ kann der Sensorverbund separat hergestellt werden und dann beispielsweise auf die innere oder äußere Gehäusewand des Behältnisses angebracht werden, beispielsweise angeklebt werden. Beispielsweise wird der Sensorverbund mit Hilfe eines aus der Faserverbundtechnologie abgeleiteten Verfahrens hergestellt, bei dem unterschiedliche Sensormaterialien, wie Piezokeramiken, elektrische Leitungen, Isolierungen und Anschlüsse, mittels eines Kunstharzes fest miteinander verbunden werden. In derartiger Weise lässt sich ein komplexer und großflächiger Sensorverbund herstellen. Ein derart hergestellter Sensorverbund hat den weiteren Vorteil, dass er sich in einfacher Weise durch Klebung an ein bereits bestehendes Behältnis befestigen lässt. Ferner werden dadurch die ansonsten sehr empfindlichen Piezokeramiken robust an das Behältnis gekoppelt, sodass sie sich sogar biegen lassen und auch im unwahrscheinlichen Fall eines Bruchs des Behältnisses immer noch zuverlässig Signale erzeugen.
  • Es ist ferner bevorzugt, dass die Vorrichtung nicht nur die Vielzahl von Piezosensoren umfasst, sondern auch weitere Sensoren, wie Lagesensoren, Schocksensoren, Flüssigkeitssensoren, und/oder Gassensoren etc. Bevorzugt ist die Auswerteeinheit ferner ausgebildet, in voneinander verschiedene Betriebszustände versetzt zu werden und in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszustandes jeweils eine Teilmenge der Sensoren zu aktivieren und andere Sensoren zu deaktivieren, also nur Ausgangssignale bestimmter Sensoren bei der Auswertung zu berücksichtigen. Ein derartiger Ansatz ist beispielsweise aus der EP 2 568 447 A1 bekannt und wird gemäß beispielhafter Ausführungsformen auch im Rahmen der Umsetzung der vorliegenden Erfindung verfolgt.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Mikrocontroller der Auswerteeinheit eine Vielzahl von Pins auf, wobei ein jeweiliges der Ausgangssignale der Piezosensoren einen separaten Pin des Mikrocontrollers zugeführt ist. Wie bereits eingangs erläutert worden ist, sind die Piezosensoren an voneinander verschiedenen Positionen des Behältnisses angeordnet, beispielsweise an verschiedenen Positionen innerhalb der Gehäusewand des Behältnisses. Dadurch, dass jedem Piezosensor ein separater Pin zugeordnet ist, kann ein Mikrocontroller entsprechende Ausgangssignale räumlich zuordnen und diese räumliche Zuordnung bei der Auswertung sämtlicher Ausgangssignale berücksichtigen. Auch in dieser Weise kann die Detektion eines Zustands zuverlässiger erfolgen. Die räumliche Zuordnung ergibt sich dabei insbesondere aufgrund des einem Piezosensor jeweils zugewiesenen separaten Pins des Mikrocontrollers. Die Ausgangssignale der Piezosensoren müssen also zum Zwecke der räumlichen Zuordnung nicht codiert werden oder ähnliches.
  • Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist dem Mikrocontroller der Auswerteeinheit ausgebildet, in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Piezosensoren wahlweise einen aktiven Modus oder einen inaktiven Modus einzunehmen, wobei im inaktiven Modus keine Auswertung der Ausgangssignale erfolgt und im aktiven Modus die Ausgangssignale ausgewählt werden und das Zustandssignal produziert wird. Diese Ausführungsvariante schließt die Erkenntnis ein, dass das zu überwachende Behältnis häufig über längere Zeiträume hinweg nicht bewegt wird und dass während dieses Zeitraums auch keine äußeren Druckeinflüsse auf das Behältnis erfolgen. Während dieser Zeit ist es nicht notwendig, die Ausgangssignale der Piezosensoren zu überwachen. In dieser Zeit nimmt der Mikrocontroller also einen stromsparenden inaktiven Modus ein, bei dem quasi kein Strom verbraucht wird. Mit der Formulierung 'inaktiver Modus' ist insbesondere ein Energiesparmodus gemeint. Kommt es zu Druckeinflüssen auf das Gehäuse des Behältnisses, so stellt wenigstens ein Piezosensor des Sensorverbunds ein Ausgangssignal bereit. Dieses Ausgangssignal, also ein Spannungspegel, der einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, interpretiert der Mikrocontroller als ein Aufweck-Signal und geht auf die Detektion eines solchen Ausgangssignals von dem inaktiven Modus in den aktiven Modus über, bei dem die Ausgangssignale der Piezosensoren ausgewertet werden. Liefern sämtliche Piezosensoren über einen bestimmten Zeitraum hinweg wiederum Ausgangssignale mit einem Spannungspegel, der stets unterhalb des bestimmten Schwellenwerts liegt, geht der Mikrocontroller wiederum in den stromsparenden inaktiven Modus über.
  • Sämtliche Piezosensoren des Sensorverbunds sind bei einer bevorzugten Ausführungsform als passive Sensoren ausgeführt, die zum Bereitstellen des jeweiligen Ausgangssignals keine externe Zufuhr von elektrischer Energie benötigen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Auswerteeinheit ein Anregungsmodul auf, das ausgebildet ist, eine bestimmte Anzahl der Piezosensoren unter Verwendung des Ankopplungsmittels in definierte Schwingungen zu versetzen. Bei dieser Ausführungsform ist die Auswerteeinheit bevorzugt ausgebildet, die Ausgangssignale der übrigen Piezosensoren, also der Piezosensoren, die nicht von dem Anregungsmodul angeregt werden, zu empfangen und diese auszuwerten sowie in Abhängigkeit von der Auswertung das Zustandssignal bereitzustellen. Ein Teil der Vielzahl von Piezosensoren fungiert bei dieser Variante als Aktor, und der andere Teil der Piezosensoren als Sensor. Diese Ausführungsform erlaubt eine zuverlässige Integritätsprüfung des Behältnisses sowie eine noch zuverlässigere Erzeugung des Zustandssignals, was im Folgenden genauer beschrieben werden soll.
  • Beispielsweise stellt das Anregungsmodul eine definierte Anregungsspannung zu Verfügung, wie eine periodische Anregungsspannung, beispielsweise eine sinusförmige oder rechteckförmige Anregungsspannung, und führt diese Anregungsspannung der bestimmten Anzahl der Piezosensoren über das Ankopplungsmittel zu, um diese in definierte Schwingungen zu versetzen. Auf den Empfang einer solchen Anregungsspannung hin verändert ein jeweiliger der bestimmten Anzahl von Piezosensoren seine räumlichen Abmessungen gemäß dem Piezoeffekt und versetzt somit das Gehäuse des Behältnisses in eine bestimmte Schwingung, die bei einem unversehrten Gehäuse ebenfalls in definierter Weise erfolgt. Diese Gehäuseschwingung wird von den nicht durch die Anregungsspannung angeregten Piezosensoren in entsprechende Ausgangssignale gewandelt, die von der Auswerteeinheit empfangen und ausgewertet werden. Beispielsweise vergleicht die Auswerteeinheit diese Ausgangssignale mit den auf dem Datenspeicher hinterlegten Anregungsmustern. Eines dieser Anregungsmuster ist beispielweise indikativ für ein beschädigungsfreies und unbeeinflusstes Gehäuse, sprich: für die besagte definierte Gehäuseschwingungen. Abweichungen von einem solchen Anregungsmuster, die sich beispielsweise aus einem aktuellen oder vorherigen Manipulationsversuch ergeben, bei dem das Gehäuse verändert wird oder verändert worden ist, können bei dieser Ausführungsform besonders zuverlässig festgestellt werden.
  • Bei dieser Variante kann das Zustandssignal also in noch zuverlässigerer Weise erzeugt werden, weil Abweichungen von den definierten Anregungsmustern durch Fremdeinfluss sicherer eingeordnet werden können. Ebenso kann in regelmäßigen Abständen die Integrität, also die Unversehrtheit des Gehäuses überprüft werden.
  • Allerdings geht mit der Anregung der bestimmten Anzahl von Piezosensoren durch das Anregungsmodul ein höherer Stromverbrauch einher, weshalb es bevorzugt ist, dass eine Anregung der bestimmten Anzahl der Piezosensoren nur in bestimmten Fällen erfolgt.
  • Beispielsweise erfolgt die Anregung der bestimmten Anzahl der Piezosensoren durch das Anregungsmodul nur dann, wenn eine bestimmte Unsicherheit hinsichtlich der Auswertung der Ausgangssignale der Piezosensoren vorliegt. Befindet sich beispielsweise das Auswerteergebnis in einem Toleranzbereich, bei dem nicht eindeutig auf einen Normalzustand oder auf einen Manipulationsversuch geschlossen werden kann, regt das Anregungsmodul die bestimmte Anzahl von Piezosensoren in definierter Weise mit der Anregungsspannung an, so dass eine Abweichung in den Ausgangssignalen der übrigen nicht durch die Anregungsspannung angeregten Piezosensoren von den eigentlich zu erwartenden Ausgangssignalen sicherer eingeordnet werden kann.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Anregungsmodul ausgebildet, die bestimmte Anzahl der Piezosensoren zu festgelegten Zeitpunkten mit der definierten Anregungsspannung anzuregen, um die Integritätsprüfung durchzuführen.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit der Überwachungsvorrichtung für eine Ankopplung an eine Entwertungseinheit des Behältnisses ausgestaltet und ausgebildet, der Entwertungseinheit das Zustandssignal bereitzustellen, wobei die Entwertungseinheit ausgebildet ist, einen im Behältnis gelagerten Gegenstand zu entwerten. Detektiert die Auswerteeinheit also einen Manipulationsversuch und stellte ein entsprechendes Zustandssignal an die Entwertungseinheit bereit, kann die Entwertungseinheit sicherstellen, dass der in dem Behältnis gelagerte Gegenstand entwertet wird. Dies kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Bekannt ist beispielsweise das Auslösen einer Einfärbetechnologie bei einer Geldkassette, die Wertscheine lagert. Die Entwertungseinheit selbst muss also nicht über eine weitere Sensorik verfügen, sondern kann von der Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung gesteuert werden.
  • Die Positionierung der einzelnen Sensoren und/oder die Herstellung des Sensorverbundes erfolgt entsprechend den jeweiligen Anforderungen. Bei Geldkassetten ist es beispielsweise zweckmäßig, die Sensoren in der gesamten Gehäusewand verteilt anzuordnen, so dass auch erschütterungsarme Aufbohrungen kleineren Ausmaßes detektiert werden können. Bei nicht eindeutigen Auswerteergebnissen, also bei fehlender Sicherheit, ob sich das Behältnis in einem Normalzustand befindet oder ein Manipulationsversuch vorliegt, versetzt das Anregungsmodul - wie oben beschrieben - einen einzelnen oder mehrere Piezosensoren, zeitgleich oder in Abfolge, in definierte Schwingungen, sodass die Auswerteeinheit eine Abweichung von Ausgangssignalen, die bei Normalzustand zu erwarten wären, detektieren kann, um die Genauigkeit des Zustandssignals zu erhöhen. Ein und derselbe Piezosensor kann also sowohl als Sensor und als Aktor fungieren. Beispielsweise regt das Anregungsmodul nur die bestimmte Anzahl von Piezosensoren des Sensorverbunds an, wohingegen die übrigen Piezosensoren des Sensorverbunds, bevorzugt wenigstens zwei, nicht von dem Anregungsmodul angeregt werden. Die nicht angeregten Piezosensoren reagieren sowohl auf die Schwingungen, die die angeregten Piezosensoren zerstörungsfrei in das Gehäuse des zu überwachenden Behältnisses eingekoppelt haben, als auch auf äußere Druckeinflüsse. Die Ausgangssignale dieser nicht durch die Anregungsspannung angeregten Piezosensoren werden von der Auswerteeinheit ausgewertet und in Abhängigkeit der Auswertung stellt die Auswerteeinheit das Zustandssignal bereit.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die in dem Datenspeicher hinterlegten Anregungsmuster zu bestimmten Zeitpunkten verändert. Diese Ausführungsvariante schließt die Erkenntnis ein, dass Dritte an beispielsweise gestohlenen Behältnissen Tests durchführen, um zu ermitteln, unter welchen Voraussetzungen die Auswerteeinheit ein Zustandssignal generiert, das indikativ für einen Manipulationsversuch ist. Dann könnte es Dritten gelingen, das Behältnis mit Maßnahmen zu öffnen, die ein Erschütterungsmuster aufweisen, das nicht zur Erzeugung eines Zustandssignals führt, das indikativ für einen Manipulationsversuch ist.
  • Einen zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet ein Behältnis zum Aufbewahren eines Wertgegenstandes, wobei das Behältnis eine Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung aufweist.
  • Beispielsweise ist das Behältnis eine Geldkassette. Zum Überwachen der Geldkassette sind die Piezosensoren des Sensorverbunds beispielsweise in oder an der Gehäusewand der Geldkassette, also in oder an einer Wand einer Geldkassettenwanne, angeordnet. An einem Shutter der Geldkassette muss nicht notwendigerweise ein Piezosensor des Sensorverbunds angeordnet sein. Dadurch, dass der Shutter der Geldkassette nicht mit Piezosensoren versehen sein muss, kann eine Serienproduktion der Geldkassette in einfacher Weise erfolgen. Die Komplexität der Geldkassette ist vergleichsweise gering.
  • Die Piezosensoren sind bevorzugt in einer durch eine äußere Gehäusewandoberfläche und eine innere Gehäusewandoberfläche begrenzten Gehäusewand des Behältnisses formschlüssig in einem Gehäusewandmaterial angeordnet. Alternativ dazu ist der Sensorverbund separat hergestellt und beispielsweise auf die Gehäusewand des Behältnisses aufgeklebt. In beiden Varianten ist sichergestellt, dass Schwingungen der Gehäusewand unmittelbar zu einer Verformung der Piezosensoren und somit zur Bereitstellung entsprechender Ausgangsspannungen führen.
  • Beispielsweise sind die Piezosensoren jeweils durch ein Piezomaterial und die Gehäusewand durch ein festes Gehäusewandmaterial gebildet. Das Piezomaterial ist bevorzugt gemeinsam mit Teilen des Ankopplungsmittels bei der Herstellung der Gehäusewand in der Gehäusewand integriert, sodass das Piezomaterial und die Teile des Ankopplungsmittels formschlüssig in dem Gehäusewandmaterial eingebettet sind.
  • Einen dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet das Verfahren zum Überwachen eines Behältnisses gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 13. Das Verfahren des dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung teilt die Vorteile der Vorrichtung des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung. Vorteilhafte Ausführungsformen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den oben geschilderten vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung und des erfindungsgemäßen Behältnisses, insbesondere, wie sie in den abhängigen Ansprüchen definiert sind.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens des dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung werden die Ausgangssignale der Piezosensoren unter Verwendung eines Bildverarbeitungsalgorithmus verarbeitet und in eine bestimmte Anzahl von Merkmalen transformiert. Diese Merkmale werden sodann mit vorab gespeicherten Anregungsmustern verglichen, optional nach vorheriger Fusion mit Merkmalen von weiteren Ausgangssignalen weiterer Sensoren zum Überwachen des Behältnisses.
  • Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische und exemplarische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Behältnisses mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    Fig. 2A
    eine schematische und exemplarische Darstellung von Ausgangssignalen bei einem Versuch einer Aufbohrung des Behältnisses; und
    Fig. 2B
    eine schematische und exemplarische Darstellung von Ausgangssignalen bei einem Versuch einer Zertrümmerung des Behältnisses.
  • Fig. 1 zeigt in schematischer und exemplarischer Weise eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Behältnisses 1, das über eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung verfügt. Bei dem Behältnis 1 handelt es sich beispielsweise um eine Geldkassette, die ein Lagermodul 14 zum Lagern von Wertscheinen umfasst.
  • Wie üblich ist in einer solchen Geldkassette 1 eine Entwertungseinheit 15 angeordnet, die in Abhängigkeit eines Zustandssignals 311 die in dem Lagermodul 14 gelagerten Wertscheine entwertet, beispielsweise durch Auslösen einer Einfärbetechnologie. Wesentlich für den Betrieb einer solchen Entwertungseinheit 15 ist die Erzeugung des Zustandssignals 311. Dieses Zustandssignal 311 wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überwachen des Behältnisses 1 produziert.
  • Die Überwachungsvorrichtung weist einen Sensorverbund 2 auf, der über ein Ankopplungsmittel 23 an eine Auswerteeinheit 3 der Überwachungsvorrichtung gekoppelt ist. Der Sensorverbund 2 umfasst eine Vielzahl von Piezosensoren 21-2 bis 21-10, die jeweils an räumlich voneinander getrennten Positionen in dem Behältnis 1 angeordnet sind, und zwar in einer Gehäusewand 13, die durch eine äußere Gehäusewandoberfläche 11 und eine innere Gehäusewandoberfläche 12 begrenzt ist. Die schematische Darstellung der Fig. 1 soll zum Ausdruck bringen, dass jeder Piezosensor 21-1 bis 21-10 über das Ankopplungsmittel 23 an die Auswerteeinheit 3 gekoppelt ist. Die Piezosensoren 21-1 bis 21-10 müssen nichtnotwendigerweise miteinander verbunden sein; es ist ausreichend, dass die Ausgangssignale der Piezosensoren 21-1 bis 21-10 über das Ankopplungsmittel 23 der Auswerteeinheit 3 zur Verfügung gestellt werden können. Die Piezosensoren 21-1 bis 21-10 sowie Teile des Ankopplungsmittels 23 werden bereits bei der Produktion der Gehäusewand 13 in selbiger integriert. Die Gehäusewand 13 ist üblicherweise aus einem festen Kunststoffmaterial und die Piezosensoren 21-1 bis 21-10 sind in diesem festen Gehäusewandmaterial formschlüssig eingebettet. Somit können äußere Druckeinflüsse auf das Behältnis 1 unmittelbar in Verformungen der Piezosensoren 21-1 bis 21-10 resultieren, also unmittelbar in einer Bereitstellung einer entsprechenden Ausgangsspannung. Eine derartige formschlüssige Einbettung der Piezosensoren 21-1 bis 21-10 in die Gehäusewand 13 des Behältnisses 1 erfolgt beispielsweise unter Einsatz eines Spritzgussverfahrens.
  • Jedenfalls ist die Auswerteeinheit 3 derart an sämtliche Piezosensoren 21-1 bis 21-10 gekoppelt, dass sie die von diesen bereitgestellten Ausgangssignale in Gestalt von Ausgangsspannungen oder Ausgangsströmen empfangen kann. Die Auswerteeinheit 3 umfasst einen Mikrocontroller (µC) 31 sowie einen Datenspeicher (MEM) 32. Der Mikrocontroller 31 weist eine Vielzahl von (in der Fig. 1 nicht gezeigten) Eingangspins auf, wobei einem jeweiligen der Piezosensoren 21-1 bis 21-10 ein separater Pin des Mikrocontrollers 31 zugeordnet ist. Auf diese Weise kann der Mikrocontroller 31 der Auswerteeinheit 3 erkennen, welches Ausgangssignal welchem Piezosensor zuzuordnen ist und kann damit eine Aussage darüber treffen, an welcher Position des Behältnisses der äußere Druckeinfluss wirksam ist.
  • Auf dem Datenspeicher 32 der Auswerteeinheit 3 sind Anregungsmuster hinterlegt. Im Rahmen der Auswertung der Ausgangssignale der Piezosensoren 21-1 bis 21-10 vergleicht der Mikrocontroller 31 die empfangenen Ausgangssignale, gegebenenfalls nach einer vorherigen Klassifizierung, mit den auf dem Datenspeicher 32 hinterlegten Anregungsmustern und stellt das Zustandssignal 311 in Abhängigkeit des Vergleichs bereit. Ein erstes Anregungsmuster entspricht beispielsweise einem Manipulationsversuch durch Aufbohrung der Gehäusewand 13, ein zweites Anregungsmuster entspricht beispielsweise einem Manipulationsversuch durch Zertrümmerung der Gehäusewand 13 und ein drittes Anregungsmuster entspricht beispielsweise einem Normalzustand, bei dem kein Manipulationsversuch gegenwärtig erfolgt.
  • Ausgangssignale, die die Auswerteeinheit 3 darauf schließen lassen, dass ein Versuch einer Aufbohrung vorliegt, die also eine hinreichend große Übereinstimmung mit dem ersten Anregungsmuster aufweisen, sind schematisch und exemplarisch in der Fig. 2A dargestellt. Auf der Abszissenachse ist dort die Zeit (t) in Sekunden (s) angegeben und auf der Ordinatenachse ein Druck (PS) in einer beliebigen Einheit (arb. U.(arbitrary unit)). Etwa zum Zeitpunkt t = 2s kontaktiert ein Bohrer die Gehäusewand 13. Über einen Zeitraum von etwa 4,5 s wird die Gehäusewand 13 mit verschiedenen Drücken angebohrt.
  • Ausgangssignale, die die Auswerteeinheit 3 darauf schließen lassen, dass ein Versuch einer Zertrümmerung vorliegt, die also eine hinreichend große Übereinstimmung mit dem zweiten Anregungsmuster aufweisen, sind schematisch und exemplarisch in der Fig. 2B dargestellt. Etwa zum Zeitpunkt t = 1,5 s erfolgt ein Zertrümmerungsversuch.
  • Kommt der Mikrocontroller 31 im Rahmen der Auswertung der Ausgangssignale der Piezosensoren 21-1 bis 21-10 nicht zu einem eindeutigen Ergebnis, so kann dieser mittels eines Anregungsmoduls (EX) 33 eine bestimmte Anzahl der Piezosensoren 21-1 bis 21-10 durch Zuführung einer definierten Anregungsspannung diese in definierte Schwingungen versetzen, die sich entlang der Gehäusewand 13 ausbreiten und auch auf nicht angeregte Piezosensoren auswirken. Dabei kann die bestimmte Anzahl der Piezosensoren 21-1 bis 21-10 zeitgleich oder zeitversetzt angeregt werden. Die Ausgangssignale, die die nicht angeregten Piezosensoren bereitstellen, weichen im Falle eines Manipulationsversuches in bestimmter Weise von den Ausgangssignalen ab, die entstehen würden, wenn kein Manipulationsversuch vorliegen würde. Demnach kann durch gezielte Anregung bestimmter Piezosensoren in zuverlässigerer Weise auf das Vorliegen eines Manipulationsversuchs geschlossen werden. Diese Variante eignet sich nicht nur beim Vorliegen unsicherer Auswerteergebnisse, sondern auch zum regelmäßigen Durchführen einer Integritätsprüfung, wie es im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert worden ist.
  • Darüber hinaus nimmt der Mikrocontroller 31 in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Piezosignale 21-1 bis 21-10 wahlweise einen aktiven Modus oder einen inaktiven Modus ein. Im aktiven Modus erfolgt keine Auswertung der Ausgangssignale und im inaktiven Modus (Energiesparmodus) werden die Ausgangssignale ausgewertet und das Zustandssignal 311 produziert. Im inaktiven Modus ist der Energieverbrauch des Mikrocontrollers 31 vergleichsweise gering oder Null. Beispielsweise nimmt der Mikrocontroller 31 den inaktiven Modus ein, wenn über einen bestimmten Zeitraum hinweg keine Ausgangssignale empfangen werden, die einen bestimmten Schwellenwert überschreiten und/oder nicht von bestimmten Anregungsmustern, die auf dem Datenspeicher 32 hinterlegt sind, abweichen. Übersteigt jedoch eines der empfangenen Ausgangssignale den bestimmten Schwellenwert, so interpretiert der Mikrocontroller 31 dieses Signal als Aufweck-Signal und beginnt, sämtliche empfangene Ausgangssignale auszuwerten und das Zustandssignal 311 zu produzieren.
  • Um die Ausgangssignale bereitzustellen, sind die Piezosensoren 21-1 bis 21-10 nicht auf eine externe Energieversorgung angewiesen. Die Piezosensoren 21-1 bis 21-10 sind bevorzugt passive Sensoren, die jedoch wenigstens teilweise ausgestaltet sind, von dem Anregungsmodul 33 in Schwingungen versetzt zu werden, also als Aktor zu fungieren.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen bestimmten Piezosensortyp beschränkt. Grundsätzlich kommen sämtliche Piezosensortypen in Betracht. Besonders bevorzugt werden jedoch Piezokeramiken eingesetzt, die während der Herstellung der Gehäusewand 13 in selbiger integriert werden, und zwar gemeinsam mit elektrischen Leitverbindungen, Isolierungen und Anschlüssen, so dass die Auswerteeinheit 3 in einfacher Weise an den Sensorverbund 2 angeschlossen werden kann. Alternativ ist es möglich, den gesamten Sensorverbund 2 in einem separaten Verfahren herzustellen und dann beispielsweise auf die innere Gehäusewandoberfläche 12 und/oder die äußere Gehäusewandoberfläche 11 aufzukleben.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Behältnis
    11
    Äußere Gehäusewandoberfläche
    12
    Innere Gehäusewandoberfläche
    13
    Gehäusewand
    14
    Lagermodul zum Lagern eines Wertgegenstands
    15
    Entwertungseinheit
    16
    Füllstandssensor
    2
    Sensorverbund
    21-1,...,21-10
    Passive Piezosensoren
    23
    Ankopplungsmittel für die Ankopplung zwischen Sensorverbund 2 und Auswerteinheit 3
    3
    Auswerteeinheit
    31
    Mikrocontroller
    32
    Datenspeicher
    33
    Anregungsmodul

Claims (13)

  1. Vorrichtung (2, 3) zum Überwachen eines Behältnisses (1), die für eine Anordnung in oder an dem Behältnis (1) ausgestaltet ist, aufweisend:
    - einen Sensorverbund (2), der eine Vielzahl von Piezosensoren (21-1, ..., 21-10) aufweist, die jeweils für eine räumlich voneinander getrennte Anordnung in oder an dem Behältnis ausgestaltet sind, und
    - eine über ein Ankopplungsmittel (23) an den Sensorverbund (2) gekoppelte Auswerteeinheit (3), die ausgebildet ist, über das Ankopplungsmittel (23) Ausgangssignale der Vielzahl von Piezosensoren (21-1, ..., 21-10) zu empfangen und diese auszuwerten sowie in Abhängigkeit von der Auswertung ein Zustandssignal (311) bereitzustellen, wobei das Zustandssignal (311) indikativ für einen Zustand des zu überwachenden Behältnisses (1) ist;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Auswerteeinheit (3) zum Auswerten der Ausgangssignale der Piezosensoren (21-1, ..., 21-10) einen Microcontroller (31) und einen Datenspeicher (32) aufweist; und
    die Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, im Rahmen der Auswertung der Ausgangssignale der Piezosensoren (21-1, ..., 21-10) die Ausgangssignale mit auf dem Datenspeicher (32) hinterlegten Anregungsmustern zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs das Zustandssignal (311) bereitzustellen.
  2. Vorrichtung (2, 3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezosensoren (21-1, ..., 21-10) für eine formschlüssige Anordnung in einer durch eine äußere Gehäusewandoberfläche (11) und eine innere Gehäusewandoberfläche (12) begrenzten Gehäusewand (13) des Behältnisses (1) ausgestaltet sind.
  3. Vorrichtung (2, 3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezosensoren (21-1, ..., 21-10) ausgestaltet sind, im Zuge der Produktion der Gehäusewand (13) des Behältnisses (1) in der Gehäusewand (13) integriert zu werden, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens.
  4. Vorrichtung (2, 3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Microcontroller (31) eine Vielzahl von Pins aufweist, wobei ein jeweiliges der Ausgangssignale der Piezosensoren (21-1, ..., 21-10) einem separaten Pin des Microcontrollers (31) zugeführt ist.
  5. Vorrichtung (2, 3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Microcontroller (31) ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Piezosensoren (21-1, ..., 21-10) wahlweise einen aktiven Modus oder einen inaktiven Modus einzunehmen, wobei im inaktiven Modus keine Auswertung der Ausgangssignale erfolgt und im aktiven Modus die Ausgangssignale ausgewertet werden und das Zustandssignal (311) produziert wird.
  6. Vorrichtung (2, 3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezosensoren (21-1, ..., 21-10) jeweils als passive Sensoren ausgeführt sind und zum Bereitstellen der jeweiligen Ausgangssignale keine externe Zufuhr von elektrischer Energie benötigen.
  7. Vorrichtung (2, 3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (3) ein Anregungsmodul (33) aufweist, das ausgebildet ist, eine bestimmte Anzahl der Piezosensoren (21-1, ..., 21-10) unter Verwendung des Ankopplungsmittels (23) in definierte Schwingungen zu versetzen.
  8. Vorrichtung (2, 3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (3) für eine Ankopplung an eine Entwertungseinheit (15) des Behältnisses (1) ausgestaltet ist und ausgebildet ist, der Entwertungseinheit (15) das Zustandssignal (311) bereitzustellen, wobei die Entwertungseinheit (15) ausgebildet ist, einen in dem Behältnis (1) gelagerten Gegenstand zu entwerten.
  9. Behältnis (1) zum Aufbewahren eines Wertgegenstandes, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (1) eine Vorrichtung (2, 3) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.
  10. Behältnis (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezosensoren (21-1, ..., 21-10) in einer durch eine äußere Gehäusewandoberfläche (11) und eine innere Gehäusewandoberfläche (12) begrenzten Gehäusewand (13) des Behältnisses (1) formschlüssig angeordnet sind.
  11. Behältnis (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezosensoren (21-1, ..., 21-10) jeweils durch ein Piezomaterial und die Gehäusewand (13) durch ein festes Gehäusewandmaterial gebildet sind, wobei das Piezomaterial gemeinsam mit Teilen des Ankopplungsmittels (23) bei der Herstellung der Gehäusewand (13) in der Gehäusewand (13) integriert worden sind, so dass das Piezomaterial und die Teile des Ankopplungsmittels (23) formschlüssig in dem Gehäusewandmaterial eingebettet sind.
  12. Behältnis (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (1) eine Geldkassette ist.
  13. Verfahren zum Überwachen eines Behältnisses (1) mittels einer Vorrichtung (2, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch
    - Empfangen und Auswerten, mittels eines Microcontrollers (31) und eines Datenspeichers (32) einer Auswerteeinheit (3) der Vorrichtung (2, 3), von Ausgangssignalen einer Vielzahl von Piezosensoren (21-1, ..., 21-10), wobei die Piezosensoren in oder an einer Gehäusewand (13) des Behältnisses (1) angeordnet sind, und
    - Bereitstellen eines Zustandssignals (311) in Abhängigkeit der Auswertung, wobei das Zustandssignal indikativ für einen Zustand des zu überwachenden Behältnisses (1) ist.
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