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Dokumentenidentifikation DE2710877C2 30.04.1987
Titel Einbruch-Alarmsystem
Anmelder Elliott Brothers (London) Ltd., Chelmsford, Essex, GB
Erfinder Barowitz, Peter Jack, Welwyn, Hertfordshire, GB;
Baxendale, Roy, Harpenden, Hertfordshire, GB
Vertreter Reichel, W., Dipl.-Ing., PAT.-ANW., 6000 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 12.03.1977
DE-Aktenzeichen 2710877
Offenlegungstag 24.11.1977
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.04.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.04.1987
IPC-Hauptklasse G08B 13/16

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von einem Einbruch-Alarmsystem mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es aus der US-PS 36 14 724 bekannt ist.

Bei Einbruch-Alarmsystemen, in denen akustische oder sonstige Vibrationen, die durch die Bewegungen eines Einbrechers innerhalb eines geschützten Bereichs hervorgerufen werden mit Hilfe eines oder mehrerer elektromechanischer Wandler festgestellt werden, die elektrische Signale erzeugen, durch die ein Alarmzustand erkannt werden kann, ist es notwendig, in verläßlicher Weise Schwingungen, die durch einen menschlichen Eindringling bewirkt werden, von solchen Vibrationen zu unterscheiden, die von anderen Quellen, wie beispielsweise durch Regen oder Hagel, kleinen Tieren oder Straßen-, Eisenbahn- oder Luftverkehr ausgelöst werden, um auf diese Weise zu häufige Falschalarme zu vermeiden.

Das in der US-PS 36 14 724 beschriebene Einbruch-Alarmsystem geht von Voraussetzungen aus, die nicht in jedem Fall gewährleistet sind. So wird aufgrund von Beobachtungen vorausgesetzt, daß in bestimmten, empirisch zu bestimmenden Frequenzbereichen durch menschliche Eindringlinge hervorgerufene Signale und andersartig bedingte Signale nicht gleichzeitig auftreten, oder daß diese andersartig bedingten Signale eine vergleichsweise vernachlässigbar kleine Amplitude aufweisen. Unter Ausnutzung dieser Voraussetzung werden die von den elektromechanischen Wandlern erfaßten Signale in mindestens zwei Bandpaßfiltern mit entsprechend verschiedenen Frequenzkennlinien gefiltert und anschließend gleichgerichtet. Ein Filterbereich ist so ausgewählt, daß unter der genannten Voraussetzung bei Vergleich mit den aufbereiteten Signalen des oder der anderen Filter und mit einem vorbestimmten Amplitudenschwellwert entschieden wird, ob ein tatsächliches Eindringen vorliegt oder nicht.

Um eine genaue Analyse von in einem Überwachungsbereich auftretender Vibrationen zu ermöglichen, wurde in der US-PS 39 13 085 ein Einbruch-Alarmsystem vorgeschlagen, in dem die Signale einer Reihe von Wandlern mit einer Mehrkanalschaltung verarbeitet werden. Diese Schaltung isoliert zunächst jeweils einen vorbestimmten Frequenzbereich in den Signalen, der allgemein einem Eindringen in den Überwachungsbereich zuzuschreiben ist. Um die Art der diese Signale auslösenden Störungen zu bestimmen, wird ferner deren Wiederholungsrate bestimmt. Bei dieser Analyse wird davon ausgegangen, daß natürliche Störungen, beispielsweise durch Wind hervorgerufen, kein ausgedehntes, gleichförmiges Impulsfolgespektrum zur Folge haben, wie dies durch andere, unnatürliche Störungen der Fall ist. Dieses System erlaubt zwar beispielsweise die Unterscheidung, ob sich ein oder mehrere Eindringlinge im Überwachungsbereich befinden, funktioniert jedoch nicht, wenn Untergrundgeräusche und tatsächlich nachzuweisende Störungen zufällig innerhalb gleicher Frequenzbereiche auftreten, und wie Regentropfen oder Hagelkörner, eine gleichmäßige Impulsfolge hervorrufen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ein Einbruch-Alarmsystem zu schaffen, das eine fälschliche Alarmauslösung in jedem Fall, d. h. auch bei Untergrundsignalen, die eine ähnliche Charakteristik wie durch Schritte hervorgerufene Signale aufweisen, zuverlässig verhindert.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des A 1 gelöst.

Die Erfindung geht von der gewonnenen Erkenntnis aus, daß menschliche Schritte Signale bewirken, deren Energieinhalt im Gegensatz zu anderen Störungen, wie beispielsweise durch Regen, die in einem höheren Frequenzbereich (z. B. um 100 Hertz) einen größeren Energieinhalt aufweisen, in einen tieferen Frequenzbereich (z. B. um 30 Hertz) größer ist.

Aus diesem Grund werden die Zeitintegrale von zwei Signalen mit entsprechend verschiedenen Frequenzbereichen miteinander verglichen. Eine Torschaltung liefert nur dann ein Alarm auslösendes Ausgangssignal, wenn der Energieinhalt des aus der niedrigeren Frequenz erhaltenen Signals größer als der Energieinhalt des aus der höheren Frequenz erhaltenen Signals ist.

Selbst, wenn Hintergrundsignale die für Schrittsignale charakteristische, steil ansteigende Impulsvorderflanke aufweisen und im Frequenzbereich der Schrittsignale vorkommen, ist somit eine fälschliche Alarmauslösung vermieden.

Vorzugsweise sind zwei Detektoreinrichtungen vorgesehen, so daß die gefilterten Signale in bezug auf das Auftreten von durch menschliche Eindringlinge verursachten Signale separat untersucht werden, und durch nachgeschaltete Torschaltungen in Abhängigkeit der Ergebnisse beider Detektoreinrichtungen ein Ausgangssignal erzeugt wird.

Vorzugsweise wird die Alarmanzeige nur aufgrund mehrerer aufeinanderfolgender derart auftretender Ausgangssignale erzeugt, wie dies aus den Unteransprüchen 3 und 4 hervorgeht. Vereinzelt von den Torschaltungen gelieferte Impulse bewirken in dieser Weiterbildung hingegen keine Alarmauslösung, so daß die Zuverlässigkeit der Alarmanzeige weiterhin verbessert ist.

Ein Einbruch-Alarmsystem gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des Einbruch-Alarmsystems, und

Fig. 2 und 3 im Detail Teile des Systems nach Fig. 1.

Das in Fig. 1 gezeigte Einbruch-Alarmsystem umfaßt einen oder mehrere elektromechanische Wandler, die durch einen Block 1 dargestellt sind und die so ausgebildet sind, daß sie beim Ansprechen auf die einfallenden mechanischen oder akustischen Schwingungen elektrische Signale erzeugen. Diese Wandler 1, die auch unter dem Namen Geophone bekannt sind, können an Pfosten oder Mauern befestigt oder im Erdboden innerhalb der durch das Alarmsystem zu überwachenden Fläche eingegraben sein und sind entweder gemeinsam oder einzeln mit Breitband-Verstärkern verbunden, die durch einen Block 2 dargestellt sind.

Die Wandler 1 empfangen Schwingungen, die durch Fußtritte oder andere Ursachen als Boden- oder akustische Schwingungen innerhalb oder nahe der zu überwachenden Fläche entstehen und wandeln diese Schwingungen in analoge elektrische Signale um, die sich über einen bestimmten Frequenzbereich erstrecken, wobei die interessierenden Signale für die Einbruchsüberwachung im Bereich von 15 bis 150 Hertz liegen. Die elektrischen Signale werden nach entsprechender Verstärkung zwei Schmalbandfiltern 3 und 4 zugeleitet, die einen Durchlaßbereich von beispielsweise 37 bzw. 12 Hertz Breite aufweisen, mit einer Filterbereichsmittelfrequenz bei 100 Hertz bzw. bei 33 Hertz.

Die Ausgangssignale dieser Filter 3 und 4 werden hüllenmäßig erfaßt oder in den Gleichrichtern 5 und 6 einer Halbwellengleichrichtung unterzogen, und die gleichgerichteten Signale werden Detektorkreisen 7 und 8 eingespeist, die Elemente in diesen Signalen feststellen, welche einen menschlichen Fußtritt anzeigen. Einer dieser Detektorkreise 7 bzw. 8 ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Eine Alarmanzeige, abgeleitet aus solchen Signalelementen, wird aus einem Schaltkreis 34 gewonnen, der im Detail in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, und wird einer Alarmanzeige 35 zugeleitet, die eine visuelle und/oder akustische Warnung zur Anzeige eines Eindringlings abgibt.

Die gleichgerichteten Signale bestehen im allgemeinen aus einer Aufeinanderfolge von kurzen, nicht regelmäßigen positiven Spannungsimpulsen oder Spitzen, die Hinter- oder Untergrundschwingungen wiedergeben, die auf die Wandler 1 einwirken. Jede Spitze besteht aus oder erstreckt sich über einige Halbperioden der ausgewählten Frequenzen. Gleichgerichtete Signale, die Komponenten einschließen, welche von einem Fußtritt innerhalb des Überwachungsbereichs der Wandler 1 herrühren, sind diesem Hintergrund als ein Impulssignal überlagert, das eine steile Vorderflanke und eine Dauer in der Größenordnung von 30 bis 100 Millisekunden aufweist. Innerhalb eines begrenzten Bereiches jedes Wandlers oder der Gruppe der Wandler 1 wird ein derartiges Impulssignal in bezug auf ein niederes Frequenzband und ein höheres Frequenzband untersucht, obwohl im allgemeinen infolge der Streuung und der unterschiedlichen Dämpfung der Impuls früher im oberen Frequenzband auftreten wird und eine niedrigere Amplitude als in dem unteren Frequenzband besitzt.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die beiden gleichgerichteten Signale einem Vergleichsglied 9 zugeleitet werden, in welchem sie mit Hilfe von entsprechenden RC-Netzwerken integriert werden, die Zeitkonstanten im Bereich von 20 Millisekunden aufweisen, um kurzzeitige Spannungs-Zeitintegrale für den Vergleich des Energieinhalts der Signale bei höheren und niederen Frequenzen zu erhalten. Es wurde gefunden, daß für menschliche Fußtritte der Energieinhalt bei niederer Frequenz größer ist und in Abhängigkeit davon, welcher Energieinhalt größer ist, ist ein Differentialverstärker 10 vorgesehen, um unterschiedliche Potentiale an ein NAND-Gatter 11 anzulegen.

Der 100 Hertz Detektorkreis 7, wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt einen Differentialverstärker 12, dessen invertierendem Eingang das gleichgerichtete höherfrequente Signal direkt zugeleitet wird und an dessen nicht invertierenden Eingang das Ausgangssignal einer wellenformenden Schaltung 13 anliegt. Die Schaltung 13 enthält einen Differentialverstärker, dessen Verstärkungsfaktor durch negative Rückkopplung auf den Wert 3 begrenzt ist. Am Ausgang dieses Verstärkers 14 erscheint das gleichgerichtete Signal überlagert von einem vorgegebenen Vorspannungspegel, der durch ein Potentiometer 15 erhalten wird. Das zusammengesetzte Signal wird dem Verstärker 12 über eine integrierende Schaltung zugeleitet, die einen Widerstand 16 und einen Kondensator 17 umfaßt. Diese integrierende Schaltung besitzt eine Zeitkonstante in der Größenordnung von 40 Millisekunden, die mehrfach so lang wie die Anstiegszeit jeder wesentlichen Komponente des gleichgerichteten Signals ist, so daß ein Spannungsanstieg an der Vorderkante jedes Impulses in dem zusammengesetzten Signal abgeschwächt wird, bevor dieser Impuls dem Verstärker 12 zugeleitet wird. Infolge der vorgegebenen Vorspannung und dem Verstärkungsfaktor des Verstärkers 14 ist normalerweise das zusammengesetzte Signal, das dem nicht invertierten Eingang des Verstärkers 12 zugeleitet wird, größer als das ursprüngliche, gleichgerichtete Signal am invertierten Eingang dieses Verstärkers. Wenn nun ein Impulssignal auftritt, das derart ist, daß die gleichgerichtete Spannungswellenform in kürzerer Zeit als einer vorgegebenen Zeitspanne ansteigt, so überholt diese Wellenform den schwächeren Anstieg der zusammengesetzten Wellenform, und der Ausgang des Verstärkers 12 ändert seine Polarität. Dieser Polaritätswechsel bewirkt einen negativ verlaufenden Übergang, wodurch eine monostabile Schaltung 18 getriggert wird, die so ausgelegt ist, daß sie von ihrem Momentanzustand in ihren Normalzustand mit einer Periode in der Größenordnung von einer halben Sekunde zurückkehrt. Die entsprechende monostabile Schaltung in dem 33 Hertz Detektorkreis 8 ist so ausgelegt, daß sie etwa viermal schneller in ihren Normalzustand zurückkehrt.

Werden innerhalb des Überwachungsbereichs der Wandler 1 Signale empfangen, die von einem menschlichen Fußtritt herstammen, so erfolgt ein Vergleich der Energieinhalte oder Energiebeträge in den beiden Frequenzbändern durch das Vergleichsglied 9, und es ergibt sich entweder eine logische "Null" oder ein negativer Spannungspegel, der von dem Ausgang des Verstärkers 10 zu dem Gatter 11 geleitet wird, so daß eine logische "Eins" an einen Eingang eines zweiten NAND-Gatters 19 gelegt wird. Der kürzere positive Impuls, der durch eine nicht gezeigte monostabile Schaltung des Detektorkreises 8 erzeugt wird, wird über einen Pfad 20, ein Netzwerk und ein NAND-Gatter 22 einem anderen Eingang des Gatters 19 zugeleitet. Tritt nur ein positiver Impuls am Ausgang der monostabilen Schaltung 18 auf, so hält eine Diode 23, die im Pfad 20 liegt, einen Kondensator 24 im Netzwerk 21 auf einem negativen Potential geladen. Tritt ein Impuls nur längs des Pfades 20 auf, so wird ein Kondensator 25 entladen, während der Kondensator 24 dann entladen wird, wenn ein nachfolgender Impuls längs des Pfades 20 auftritt, während der Impuls am Ausgang des monostabilen Kreises 18 noch gegenwärtig ist. Der darauffolgende, negativ verlaufende Übergang, der durch den einen oder den anderen der Kondensatoren 24 und 25 übertragen wird, wenn der entsprechende Impuls aufhört und der zugeordnete Kondensator sich wieder aufzuladen beginnt, wird dem Eingang des Gatters 22 zugeleitet, welches als ein Inverter arbeitet, um eine logische "Eins" an das Gatter 19 zu liefern. Mit jeweils einer logischen "Eins" an jedem der beiden Eingänge liefert das Gatter 19 eine logische "Null" am Ausgang, wodurch ein gültiges Ereignis angezeigt wird, und eine Alarmanzeige wird dann ausgelöst, wenn solche Ereignisse innerhalb eines vorgegebenen Bereiches wiederholt auftreten, wobei dieser Bereich durch die nachfolgenden logischen Schaltungen, die in Fig. 3 gezeigt sind, bestimmt wird.

Diese logischen Schaltungen umfassen eine monostabile Schaltung 28, die so ausgelegt ist, daß sie einen Standardausgangsimpuls von 300 Millisekunden Dauer für jedes gültige Ereignis abgibt, ferner einen integrierenden Schaltkreis 29, der diese Standardimpulse integriert, eine rückstellbare Widerstand-Kondensatorschaltung 30, die nach einem Intervall von beispielsweise 3 Sekunden nach Auftreten des letzten Standardimpulses einen Pfad für eine langsame Entladung über einen Verstärker 31 für den integrierenden Schaltkreis 29 freigibt. Ferner umfassen diese logischen Schaltungen eine Spannungsbegrenzungsschaltung 32, die eine Alarmanzeige liefert, wenn das Ausgangssignal des integrierenden Schaltkreises 29 einen vorgegebenen Pegel überschreitet, und eine monostabile Schaltung 33, die einen Pfad für schnelle Entladung für den integrierenden Schaltkreis 29 für den Fall schließt, daß eine Alarmanzeige auftritt.

Wenn ein Rauschen im Schwingungshintergrund auftritt, das eine wesentliche Komponente bei hohen Frequenzen besitzt, wie dies beispielsweise durch ein vorbeifliegendes Flugzeug verursacht werden kann, wird das im wesentlichen konstante Integral von hohem Pegel von dem 100 Hertz gleichgerichteten Signal mittels eines Kondensators 26 in dem Vergleichsglied 9 blockiert.Das Signal, das die rechte Seite dieses Kondensators 26 passiert, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird durch einen Kreis 27 gleichstrommäßig derart zurückgeführt, daß die kurzzeitigen Integrale, die von Fußtritten herstammen, als positiv verlaufende Signale auftreten, die im wesentlichen bei einer Spannung Null Volt beginnen.


Anspruch[de]
  1. 1. Einbruch-Alarmsystem mit einem elektromechanischen Wandler, der elektrische Signale entsprechend der auf den Wandler einfallenden Schwingungen bildet, wobei sich die elektrischen Signale über einen bestimmten Frequenzbereich erstrecken, mit mindestens einem ersten und zweiten Bandpaßfilter, die Signalkomponenten in bestimmten Frequenzbändern innerhalb des Frequenzbereichs hindurchlassen, und mit Einrichtungen zum Gleichrichten der Signalkomponenten, um mindestens ein erstes und ein zweites elektrisches Signal zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleichsglied (9) die Zeitintegrale des ersten und des zweiten Signals miteinander vergleicht und daß eine Torschaltung (11 ) ein Ausgangssignal liefert, wenn der Energieinhalt des aus der niedrigeren Frequenz erhaltenen Signals größer ist als der Energieinhalt des aus der höheren Frequenz erhaltenen Signals.
  2. 2. Einbruch-Alarmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Einrichtung zum Gleichrichten der Signalkomponenten jeweils eine den Alarmzustand erkennende Detektoreinrichtung (7 bzw. 8) anschließt, von denen jede ein entsprechendes Ausgangssignal abgibt, und daß Torschaltungen (11, 19, 22) so geschaltet sind, daß sie das Ausgangssignal von einer der Detektoreinrichtungen (7 bzw. 8) in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Vergleichsgliedes (9) und dem Ausgangssignal der anderen Detektoreinrichtung (7 oder 8) hindurchlassen oder blockieren.
  3. 3. Einbruch-Alarmsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine monostabile Schaltanordnung (28) vorgesehen ist, in der ein Impulssignal durch jedes Ausgangssignal der Torschaltung (19) ausgelöst wird, daß ein integrierender Schaltkreis (29) diese Impulssignale integriert und daß ein Glied (32) eine Alarmanzeige liefert, sobald der Ausgangsspannungspegel des integrierenden Schaltkreises (29) einen vorgegebenen Pegel überschreitet.
  4. 4. Einbruch-Alarmsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein RC-Glied (30) eine langsame Rückführung des integrierenden Schaltkreises (29) auslöst, wenn einem der Impulssignale innerhalb einer vorgegebenen Periode kein weiteres Impulssignal folgt.






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