PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE2710834C2 07.05.1987
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 2710834
Offenlegungstag 22.09.1977
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.05.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.05.1987
IPC-Hauptklasse G08B 13/16

Beschreibung[de]

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

Bei Einbruch-Alarmsystemen, in denen akustische oder sonstige Vibrationen, die durch die Bewegungen eines Einbrechers innerhalb einer geschützten Fläche 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.

Dieses System setzt nicht nur einerseits voraus, daß natürliche Hintergrundsignale und Schrittsignale nicht gleichzeitig auftreten, sondern erfordert zudem die Aufbereitung einer größeren Anzahl aufeinanderfolgender Signale, um tatsächliche Signale zuverlässig aus dem Rauschbereich herauszuheben. Soll in einem abgegrenzten, durch die Wandlerreichweite stark eingeschränkten Bereich, in dem ein Einbrecher beispielsweise nur zwei Schritte zurücklegt, zuverlässig und schnell ein Alarm ausgelöst werden, so eignet sich dieses System nicht.

Auch das in der US-PS 39 13 085 beschriebene System ist für diesen Fall nicht befriedigend.

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 Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Einbruch-Alarmsystem zu schaffen, das eine zuverlässige und schnelle Alarmanzeige gewährleistet, auch wenn beispielsweise nur wenige, nachweisbare Schritte ausgewertet werden können.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Grundlegend für die erfindungsgemäßen Merkmale sind einerseits die steile Vorderflanke und andererseits die charakteristische Dauer von Schrittimpulsen, wodurch sich diese aus dem Untergrundrauschen abheben. Um diese Erkenntnis auszunützen, wird in einem Detektorkreis aus einem ersten, dem ursprünglichen, gefilterten und gleichgerichteten Signal, ein zweites Signal erzeugt, das normalerweise höher als das Ursprungssignal ist, da ihm ein Gleichspannungspegel hinzugefügt ist. Ferner ist die Impulsanstiegszeit des zweiten Signals gegenüber der des ersten Signals verlängert. Tritt nun infolge von menschlichen Schritten ein ursprüngliches, erstes Signal mit steiler Anstiegsflanke und einer bestimmten Dauer auf, so stellt der Detektorkreis fest, daß die Amplitude des ersten Signals die des zweiten Signals für eine charakteristische Mindestzeitdauer überschreitet und liefert ein Alarm- Ausgangssignal. Somit ist ein unmittelbarer und zuverlässiger Nachweis jedes im Überwachungsbereich auftretenden Schritts möglich.

Da die schrittspezifischen Impulse sowohl im Frequenzband um 33 Hertz als auch um 100 Hertz auftreten, ist es ferner von Vorteil zwei Bandpaßfilter mit entsprechenden unterschiedlichen Frequenzbändern und zwei Detektorkreisen vorzusehen, um Koinzidenzen von in beiden charakteristischen Frequenzbereichen auftretenden Ausgangssignalen festzustellen und zu zählen.

Ein Einbruch-Alarmsystem entsprechend der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigt in

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.

Ausgelöst durch Fußtritte oder andere Ursachen von im Boden entstehenden oder sonstigen akustischen Schwingungen innerhalb oder nahe der zu schützenden Fläche, empfangen die Wandler 1 Schwingungen und liefern dementsprechend analoge elektrische Signale, die sich über einen Frequenzbereich erstrecken, wobei im allgemeinen 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 ungefähr 12 bzw. 37 Hertz Breite aufweisen mit einer Frequenzbandmitte von 33 Hertz bzw. 100 Hertz.

Die Ausgangssignale dieser Filter werden hüllkurvenmäßig gleichgerichtet oder in den Gliedern 5 und 6 einer Halbwellengleichrichtung unterzogen und die gleichgerichteten Signale zugehörigen Stromkreisen 7 und 8 eingespeist, um in diesen Signalen Elemente festzustellen, die einen menschlichen Fußtritt anzeigen. Einer dieser Stromkreise ist schematisch in Fig. 2 gezeigt.

Die gleichgerichteten Signale umfassen im allgemeinen eine Aufeinanderfolge von Impulsspitzen, die Hinter- oder Untergrundschwingungen wiedergeben, die auf die Wandler 1 treffen. Jede Spitze besteht aus oder erstreckt sich über einige wenige Halbperioden der ausgewählten Frequenz. Gleichgerichtete Signale, die Komponenten einschließen, welche aus einem Aufprall, wie beispielsweise einem Fußtritt auf der Oberfläche des Erdbodens innerhalb der Reichweite der Wandler 1 herrühren, beinhalten ein Impulssignal, das diesem Hintergrund überlagert ist und eine steile Vorderflanke und eine Dauer in der Größenordnung von 30 bis 100 Millisekunden besitzt. Das System ist derart aufgebaut, daß zwei solche Impulssignale, die innerhalb eines Intervalls von beispielsweise 5 Sekunden auftreten, eine Alarmanzeige auslösen.

Fig. 2 zeigt einen der Stromkreise 7 und 8, in welchem die gleichgerichteten Signale direkt einer Verstärkungsstufe 9 der Verstärkung 1 zugeführt werden und über Spannungsteilerwiderstände 10 und 11 am Eingang einer Hüllkurvenformerschaltung 12 anliegen. Der Stufe 9 folgt eine Gleichstrom-Rückführungs- und Kompressionsstufe 13.

Die Hüllkurvenformerschaltung 12 umfaßt einen Verstärker 14, der einen Rückkopplungspfad über einen Widerstand 15 zu seinem invertierenden Eingang und eine Verbindung zu diesem invertierenden Eingang über einen Widerstand 16 von einer negativen Vorspannungsquelle aufweist, so daß die Ausgangssignale des Verstärkers 14 an der Kathode einer Diode 17 in seinem Ausgangspfad auf einen Gleichstrompegel von +30 bis 50 Millivolt gegenüber Erde gesetzt sind. Ein Anteil von beispielsweise zwei Drittel der gleichgerichteten Signalspannung, die der Schaltung 12 zugeleitet wird, wird diesem Gleichstrompegel an der Kathode der Diode 17 überlagert, und das zusammengesetzte Signal wird über einen Widerstand 18 an einen Kondensator 19 angelegt, der dadurch geladen wird. Die Zeitkonstante des Widerstands 18 und des Kondensators 19 beträgt ein Mehrfaches der Anstiegszeit jeder wesentlichen Komponente der gleichgerichteten Signale und der Effekt besteht darin, eine Spannungswellenform über dem Kondensator 19 zu erzeugen, die versucht, derjenigen an der Kathode der Diode 17 zu folgen, jedoch mit verzögerten Anstiegszeiten. Wenn der ursprüngliche Wert der zusammengesetzten Wellenform absinkt, wird der Kondensator 19 über einen Widerstand 20 entladen, der einen um eine Größenordnung größeren Wert als der Widerstand 19 besitzt, so daß die Abfallzeit größer als die Anstiegszeiten sind.

Aufgrund dieser Ausführungen ist es verständlich, daß beim Auftreten eines Impulssignals die über den Stromkreis 12 an den invertierenden Eingang eines Differentialverstärkers 21, der als Komparator arbeitet, angelegte Spannungswellenform von einem höheren Grundpegel ausgeht, jedoch mit einer kleineren Rate als das Ursprungssignal ansteigt, wie es sich als Ausgangssignal der Stufe 13 darstellt. Der Momentanwert der Wellenform des Stromkreises 12 wird daher höher als derjenige des Ursprungssignals sein, mit Ausnahme bei Vorliegen eines steileren Anstiegs dieses Ursprungssignal über eine längere als eine vorgegebene Zeit, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit natürlich durch die schmale Bandbreite begrenzt wird. Diese Ausnahmen sind charakteristisch für die Schwingungsmuster, die bei der Feststellung von Eindringlingen von Interesse sind.

Wenn der Komparatorverstärker 21 einen dieser hochansteigenden Einschaltstöße feststellt, so legt der resultierende Spannungswechsel an seinem Ausgang über eine Diode 23 und einen Widerstand 24 ein positives Potential an einen integrierenden Stromkreis 22, wodurch die Ausgangsspannung des integrierenden Stromkreises 22 negativ zu werden beginnt. Wenn der Einschaltstoß die Vorderflanke eines Impulses ist, der länger als eine vorgegebene Dauer ist, die charakteristisch für Signale ist, die von einem menschlichen Fußtritt herrühren, durchläuft die Ausgangsspannung des integrierenden Schaltkreises 22 die durch Spannungsteilerwiderstände 25 und 26 in einem Eingangkreis eines zweiten Komparators 27 festgesetzte Spannung, und dieser ändert infolgedessen seinen Ausgangszustand, um das Ereignis zu registrieren. Wenn der Impuls endet, wird der integrierende Schaltkreis 22 in seinen Ausgangszustand zurückgeführt, indem Strom durch einen Widerstand 28 und eine Diode 29 zum Ausgang des Verstärkers 21 fließt.

Wie schon im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, hat sich herausgestellt, daß menschliche Fußtritte innerhalb eines vorgegebenen Bereichs der Wandler 1 diese längeren Impulse innerhalb des 33-Hertz- Bandes und des 100-Hertz-Bandes verursachen, während andere Schwingungsquellen keine derartigen Impulse auslösen. Abgesehen von geringen Streuungseffekten, die bewirken, daß die 100-Hertz-Komponenten vor den 33-Hertz-Komponenten bei den Wandlern 1 ankommen, ist ein menschlicher Fußtritt innerhalb des begrenzten Bereiches der Wandler der Anlaß für übereinstimmende Ereignisse, wie sie durch den entsprechenden Komparator 27 festgestellt werden. Des weiteren ist eine Schaltanordnung 30 vorgesehen, die solche Koinzidenzen feststellt und zählt. Die Schaltanordnung 30 ist im Detail in Fig. 3 dargestellt. Da zwei innerhalb von 5 Sekunden auftretende Ereignisse ausreichen, um eine Alarmauslösung zu rechtfertigen, besteht die Schaltung 30 aus einer monostabilen Schaltanordnung 31, die sich nach einer Verzögerung von 5 Sekunden selbsttätig zurückstellt. Ein erstes Ereignis bewirkt dann, daß diese monostabile Schaltanordnung 31 in Wartestellung geht und ein zweites Ereignis, das auftritt, bevor die monostabile Schaltanordnung 31 zurückgestellt ist, wird durch ein UND-Gatter 32 festgestellt, das ein Alarmsignal einem Anzeiger 35 (vergleiche Fig. 1) zuleitet, der beispielsweise aus einer Warnlampe und einem akustischen Alarm bestehen kann. Um den Streuungseffekt zu verringern, setzt ein 100-Hertz-Ereignis eine monostabile Schaltung 33, die sich nach einer Periode von 150 Millisekunden zurückstellt. Falls ein 33-Hertz-Ereignis innerhalb dieser Periode auftritt, wird durch ein UND-Gatter 34 ein koinzidentes Ausgangssignal erzeugt.

Es ist selbstverständlich, daß die Wandler 1 so angeordnet werden können, daß sie entweder Fußtritte innerhalb einer Hauptfläche oder innerhalb einer streifenähnlichen Fläche, die den Umfang einer geschützten Fläche definiert, feststellen. Die innerhalb von 5 Sekunden auftretenden zwei Ereignisse sind insbesondere dazu geeignet, um Eindringlinge festzustellen, die einen Umfangsstreifen überqueren.


Anspruch[de]
  1. 1. Einbruch-Alarmsystem mit einem elektromechanischen Wandler, der elektrische Signale entsprechend der auf den Wandler einfallenden Schwingungen bildet, wobei diese elektrischen Signale sich über einen Frequenzbereich erstrecken, mit Bandpaßfiltern, die die elektrischen Signalkomponenten in mindestens einem Frequenzband innerhalb des Frequenzbereichs auswählen, und mit Einrichtungen zum Gleichrichten dieser ausgewählten Signalkomponenten, um ein erstes elektrisches Signal zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Detektorkreis (7) eine elektronische Schaltung (12) vorgesehen ist, die aus dem ersten elektrischen Signal ein zweites elektrisches Signal bildet, dessen Impulsanstiegszeit gegenüber der Impulsanstiegszeit des ersten Signals verlängert ist und dem eine Gleichspannungskomponente hinzugefügt ist, und daß eine weitere elektronische Schaltung (21, 22, 27) im Detektorkreis (7) vorgesehen ist, die dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Amplitude des ersten Signals die Amplitude des zweiten Signals für eine Mindestzeitdauer überschreitet.
  2. 2. Einbruch-Alarmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels eines weiteren Bandpaßfilters (3, 4) ausgewählten elektrischen Signalkomponenten entsprechend den Signalen des ersten Frequenzbandes in einem zweiten Detektorkreis (8) verarbeitet werden.
  3. 3. Einbruch-Alarmsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alarmanzeige erfolgt, wenn die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Detektorkreises (7, 8) übereinstimmen.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com