NO139019B - Anlegg til detektering av bevegelige objekter innen et overvaaket omraade ved mikroboelge-diffraksjon - Google Patents

Abstract

Anlegg til detektering av bevegelige objekter innen et overvåket område ved mikrobølge-diffraksjon.

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et anlegg som tjener til detektering av bevegelige objekter innen et overvåket område ved mikrobølge-diffraksjon og omfatter en sender og en mottager, hvorav senderen omfatter en mikrobølge-oscillator, en modulator og en sendeantenne, og mottageren omfatter en mottagerantenne, en detektor, en forsterker og et filter for det detekterte signal samt en alarmenhet som er forbundet med filterets utgang, og hvor der finnes en modulasjonsgenerator til styring av modulatoren.

I et slikt anlegg blir signalet som utsendes av sendeantennen, modi fi sert med både stasjonære og bevegelige objekter i det overvåkede område ved refleksjon og/eller absorpsjon før det når frem til mottagerenheten, og en endring av det signal som mottas av denne, vil derfor være en indikasjon på at et bevegelig objekt, f .eks. en person, befinner seg 1 det overvåkede område.

Er et slikt anlegg oppbygget på grunnlag av vanlige komponenter, vil disse måtte være av meget høy kvalitet og derfor kost-bare, eller man må til stadighet kontrollere og innstille anlegget for å sikre at der ikke skjer innbyrdes drift av sender og mottager i en grad som kunne gi opphav til falsk eller sviktende alarm.

Hensikten med oppfinnelsen er å unngå disse ulemper. Med

sikte på dette er ifølge oppfinnelsen det nevnte filter et kommuterende filter med et antall kondensatorer som er innrettet til syklisk å tilsluttes som filtershuntkondensatorer i en syklus som styres av modulasjonsgeneratoren, og hvis periode er lik modula-sjonsperloden. For å bevirke denne styring er senderen og mottageren fortrinnsvis forbundet innbyrdes med en kabel til overføring av modulasjonsgeneratorens signal.

Et kommuterende filter av den angitte art har den egenskap at det bare slipper frem et smalt frekvensbånd på hver side av syklusfrekvensen og med avtagende amplitude - dens harmoniske - og da syklusfrekvensen i samsvar med oppfinnelsen er låst til modulasjonsfrekvensen, vil mottageren alltid være nøyaktig avstemt på senderen uansett eventuell drift av bærefrekvensen eller modulasjonsfrekvensen og eventuelle endringer i tilstanden av mottagerens komponenter. Det er derfor mulig å bygge anlegget av relativt billige komponenter uten behov for høy presisjon, og disse kan innen rimelige grenser anbringes under hvilke som helst klimatiske og termiske forhold uten at disse influerer på anleggets korrekte funksjon. Da sender- og mottagerenhetene ikke behøver å innstilles gjensidig, blir monteringen ytterst enkel, og der blir praktisk talt ikke behov for tilsyn og kontroll av anlegget. Falsk eller sviktende alarm på grunn av endringer av komponentenes elektriske data er praktisk talt utelukket. Når endringer av det mottatte signal forekommer som følge av tilstedeværelsen av bevegelige objekter i det overvåkede område, vil filterets innsvingningstid være forsvinnende i forhold til hastigheten av signalvariasjonene som er av interesse for overvåkningsformål, så det signal som passerer filteret, alltid vil kunne tas som virkelig representativt for det mottatte signals modulasjonsinnhold på et hvilket som helst tidspunkt og derfor vil egne seg til å styre en alarmenhet, f.eks. på en slik måte at det starter en alarm når amplituden av det mottatte signal og dermed også av det filtrerte signal undergår en endring utover fastlagte grenser i løpet av en kort tid. En ytterligere fordel består i at det blir mulig å plasere to eller flere anlegg ifølge oppfinnelsen i nærheten av hverandre uten at de forstyrrer hverandre, f.eks.

for å overvåke et område fra forskjellige vinkler eller å overvåke områder i umiddelbar nærhet av hverandre.

Modulasjonssignalet kan fordelaktig være et firkantbølge-signal, hvorved modulasjonen kan realiseres ved enkel slutnings-brytningsteknikk. På grunn av det kommuterende filters spesielle passbåndkarakteristikk er det særlig egnet til å behandle denne bølgeform, fordi det ikke bare lar grunnmodulasjonsfrekvensen, men også dens harmoniske passere og derfor slipper et maksimum av signalets modulasjonsenergi igjennom, hyorved der oppnås et gunstig signal/støyferhold.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli belyst nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 er et blokkskjerna over en utførelsesform for et mikrobølge-overføringsanlegg ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et symbolsk skjema for et kommuterende filter som inngår i anlegget på fig. 1. Fig. 3 er et blokkskjerna for et kommuterende filter med et elektronisk skiftarrangement svarende til det som er vist symbolsk på fig. 2. Fig. 4 er et blokkskjerna over hovedkomponentene i en form for alarmenhet som kan anvendes i anlegget på fig. 1, og

fig. 5 er en skjematisk illustrasjon av det overvåkede område som er bestemt ved senderen og mottageren i et anlegg ifølge oppfinnelsen.

På fig. 1 er anlegget til detektering av bevegelige objekter vist å omfatte en sender 1 og en mottager 7 innbyrdes forbundet ved en kabel 3 som vil bli omtalt nærmere senere. Senderen 1 omfatter en mikrobølge-oscillator 5, f.eks. en 10 GHz Gunn-oscillator, som er forbundet med en modulator 4, eksempelvis en firkantbølgemodulator. Modulatoren 4 er forbundet med en modulasjonsgenerator 2, som kan være en tonegenerator med en frekvens i området 10-100 kHz. I den viste utførelsesform er modulasjonsgeneratoren anbragt i senderens hus, men den ville også kunne anbringes i mottagerens hus eller på et hvilket som helst annet sted. Det mikrobølgesignal som frembringes av oscillatoren 5, blir utstrålt via en sendeantenne 6, f.eks. en hornantenne. Mottageren 7 omfatter en mottagerantenne 8, som likeledes kan være en hornantenne, og som er forbundet med en detektor 9 som i sin tur er tilsluttet en forsterker 10. Denne er forbundet med et filter 11 som kan avgi et signal til en alarmenhet 12. Filteret 11 er et kommuterende filter - jfr. fig. 2 og 3 - og utgjøres av en seriemotstand R forbundet med en og en klemme på

et antall (n) shuntkondensatorer C. Den annen klemme på disse kondensatorer C blir i syklisk rekkefølge koblet til jord over et sklftarrangement som på fig. 2 er vist symbolsk ved en bryterarm 13 som roterer med en omløpsfrekvens lik modulasjonsfrekvensen for modulasjonsgeneratoren 2. I virkeligheten blir forbindelsen mellom bryterarmen 13 og de respektive kondensatorklemmer sluttet og brutt elektronisk - jfr. fig. 3. I den foretrukne utførelsesform for

filteret 11 i henhold til denne figur utgjøres de kontaktsluttende elementer av et antall n (i eksempelet 8) transistorer T1-T8 som gjøres ledende en ad gangen ved anvendelse av en digital krets.

Denne omfatter en pulsgenerator 17 som via kabelen 3 utnytter modu-las jonsstyresignaler fra modulasjonsgeneratoren 2 som taktpuls til å frembringe pulser med en frekvens lik åtte ganger modulasjons-styresignalets. Til pulsgeneratoren 17 er der koblet en binær teller 18 (3 biter) som utfører en telling fra 1 til 8. Det digitale signal som avgis av telleren 18, dekodes ved hjelp av dekoderen 19 for å levere et signal suksessivt til åtte ledere som er forbundet med basis hos hver sin av transistorene T1-T8 for å gjøre hver av disse ledende i et tidsrom lik l/n (i eksempelet 1/8) av modulasjonsperioden, Dette skiftarrangement er ekvivalent med en rotasjon av bryterarmen 13 på fig. 2 med en frekvens lik modulasjonsfrekvensen. Forbindelsen mellom pulsgeneratoren 17 og modulasjonsgeneratoren 2 over kabelen

3 tjener til å styre denne "rotasjon".

Ved en mikrobølgefrekvens i X-båndet, f.eks. en frekvens av

10 GHz (bølgelengde ca. 3 cm) som angitt ovenfor, vil de fysiske omgivelser være praktisk talt 100% reflekterende og derfor modifi-sere bølgeformen av det signal som mottas av mottagerantennen 8, i forhold til bølgeformen av det signal som utstråles fra sendeantennen 6. Men så lenge omgivelsene er i en stasjonær, uforstyrret tilstand, vil det signal som. mottas av mottagerantennen 8, være konstant, mens det mottatte signal, når der forekommer et bevegelig objekt i overføringsfeltet mellom sendeantennen og mottagerantennen, vil bli endret som følge av refleksjon og/eller absorpsjon på det bevegelige objekt. Dette fenomen blir i anlegget ifølge oppfinnelsen utnyttet til å bringe en alarm til å starte når, og bare når, det signal som mottas av mottagerantennen 8, undergår endringer utover fastlagte tilstander i forhold til referansetilstanden, som er bestemt ved den stasjonære og uforstyrrede tilstand av omgivelsene som hersker i øyeblikket. I dette øyemed kan alarmenheten 12 som vist på fig. 4, omfatte en detektor 20 med nullpunktforskyvning, en alarmrelékrets 21 forbundet med utgangen fra detektoren 20, en tilbakekoblingskrets 22 inneholdende lavpassfilterorganer som forbinder utgangen fra detektoren 20 med forsterkeren 10 eller med et trinn i denne forsterker for automatisk styrkeregulering,; samt et alarmapparat 23, f.eks. en klokke eller sirene og/eller kontrollampe, som er innrettet til å kobles inn og ut av alarmrelékretsen.

Den beskrevne utførelsesform for anlegget ifølge oppfinnelsen virker som følger: Det periodiske signal som frembringes av modulasjonsgeneratoren 2 og f.eks. kan ha form av et pulskodet signal, tilføres modulatoren 4 for å modulere mikrobølge-oscillatoren 5. Via sendeantennen 6 blir de av oscillatoren 5 frembragte mikrobølger strålt ut i retning mot mottagerantennen 8. Denne mottar mikrobølgesignalet modifisert av omgivelsene og leder det til detektoren 9 for detektering. Det detekterte signal tilføres forsterkeren 10, som bringer det opp på et passende nivå styrt av lavpassfilter-tilbakekoblingskretsen 22. Signalet blir derpå filtrert av det kommuterende filter 11 og tilført detektoren 20 i alarmenheten, som av de tidligere forklarte grunner frembringer et utgangssignal som representerer det mikrobølgesignal som blir mottatt av mottagerantennen 8. Takket være lavpassfilter-tilbakekoblingskretsen 22, vil dette signal forbli på et konstant nivå så lenge det modifiserte mikrobølgesignal som mottas av mottagerantennen, er konstant eller bare forandrer seg meget langsomt, f.eks. på grunn av endring i værforhold, snefall eller vekst av planter i det overvåkede område. Forekomst av bevegelige objekter innen det overvåkede område vil imidlertid bevirke at det signal som mottas av mottagerantennen, forandrer seg, hvorved utgangssignalnivået fra detektoren 20 vil forandre seg med en hastig-het som ikke kan kompenseres av lavpassfilter-tilbakekoblingskretsen 22, og hvis økningen eller minskningen overskrider de fastlagte grenser, vil alarmrelékretsen reagere for å sette alarmapparatet 1 funksjon. Meget kortvarige eller høyfrekvente endringer av signalet som mottas av mottagerantennen, f.eks. stammende fra fugler som flyr gjennom det overvåkede område, vil bli undertrykket enten av det kommuterende filter 11 eller av en eventuell treghet i« alarmrelékretsen 21 eller begge deler og vil derfor ikke bringe alarmrelékretsen 21 til å reagere. På den annen side vil der bli slått alarm hvis utgangssignalet fra detektoren 20 blir forandret - selv langsomt - i en slik grad at endringen ikke lenger kan kompenseres av lavpassfilter-tilbakekoblingskretsen 22 (noe som kan være et tegn på en feil i anlegget), eller i tilfellet av sviktende strømforsyning (hvis alarmapparatet 23 har sin egen strømforsyning).

Fig. 5 viser et eksempel på formen av det effektive overvåkede område som kan oppnås ved et anlegg ifølge oppfinnelsen når senderen 1 og mottageren 7 , deres respektive hornantenner innbefattet, er montert i lukkede værfaste kasser, idet den stiplede linje 24 angir begrensningene for det effektive overvåkede område. Avstanden mellom sender 1 og mottager 7 kan typisk ligge i området 10-300 m.

Anlegget ifølge oppfinnelsen er særlig egnet til utendørs anvendelse i fengsler, militære anlegg, oljeraffinerier, rørlednings-områder, embedsboliger, muséer etc.

Claims (5)

1. Anlegg til detektering av bevegelige objekter innen et overvåket område ved mikrobølge^diffraksjon, omfattende en sender (1) og en mottager (3), hvorav senderen (1) omfatter en mikrobølge-oscillator (5), en modulator (4) og en sendeantenne (6), og mottageren (7) omfatter en mottagerantenne (8), en detektor (9), en forsterker (10) og et filter (11) for det detekterte signal samt en alarmenhet (12) som er forbundet med filterets (11) utgang, og hvor der finnes en modulasjonsgenerator (2) til styring av modulatoren (4), karakterisert ved at filteret (11) er et kommuterende filter med et antall kondensatorer (C) innrettet til syklisk å tilsluttes som filtershuntkondensatorer i en syklus styrt av modulasjonsgeneratoren (2) og med en periode lik modulasjonsperioden.

2. Anlegg som angitt i krav 1,karakterisert ved at sender (1) og mottager (7) er forbundet innbyrdes av en kabel (3) til overføring av modulasjonsgeneratorens (2) signal.

3. Anlegg som angitt i krav 1,karakterisert ved at modulasjonssignalet er av firkantbølgetypen.

4. Anlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at det kommuterende filters (11) sykliske skiftsystem styres av en digital teller (18) som benytter modulasjonsgeneratorens (2) signal som taktpuls, idet hver kondensator (C) i det kommuterende filter (11) innkobles under l/n av modulasjonsperioden, hvor n er antall kondensatorer (C).

5. Anlegg som angitt i krav 1,karakterisert ved at modulasjonsfrekvensen ligger i området 10-100 kHz.