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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Eindring-Detektionssysteme, besonders
ein Eindring-Detektionssystem
zur Montage an oder nahe der Spitze einer Wand oder einer Dachkante.
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Eindring-Detektionssysteme
werden häufig an
Zäunen,
Dächern,
Mauern oder Wänden
angeordnet, welche die Umgrenzung eines zu schützenden Raumes bilden. Diese
Systeme detektieren die Anwesenheit eines Eindringlings und geben
ein Alarmsignal, wenn ein Eindringling sich der Umgrenzung nähert.
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Im
Stand der Technik gibt es mehrere Systeme zum Detektieren der Anwesenheit
eines Eindringlings, der sich einem Zaun oder einer Mauer nähert oder
diese überwindet.
Beispielsweise beschreibt das Patent
US
4,327,358 (Karas) ein Schutzsystem für einen Sicherheitsbereich,
welches eine physische Abschreckungssperre mit einem nach oben gerichteten
Eindring-Detektionssensor
verbindet. Der Eindringsensor überwacht
den Luftraum über
der Sperre und weist eine Eckenreflektorantenne auf, die auf der Abschrecksperre
und über
deren Länge
montiert ist, während
der Sensor eine leckende Übertragungsleitung
ist, die sich über
die Länge
der Eckenreflektorantenne erstreckt. Zwar beschreibt das Karas-Patent ein
Sicherheitsschutzsystem zur Verwendung auf einem Zaun oder einer
Mauerkrone, jedoch liefert das leckende Koaxialkabel keine gleichmäßige Detektion nahe
bei Metallobjekten wie einem Zaun, und das System ist nicht leicht
anpaßbar
zur Verwendung mit Unregelmäßigkeiten
oder Biegungen in einem Zaun oder einer Mauer, welche eine zu schützende Umgrenzung
umgeben.
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Das
Patent
US 6,424,259 (Gagnon)
beschreibt ein Eindring-Detektionssystem das verwendet wird, um
Gegenstände
oder Menschen zu detektieren, die sich in der Nähe eines vorbestimmten Weges
oder einer Linie bewegen. Der Weg ist definiert durch eine verteilte
Antenne, wie eine offene Übertragungsleitung,
entlang derer mit einem vorbestimmten Abstand eine Anordnung von
getrennten, voneinander beabstandeten Antennen angeordnet ist. Die
verteilte Antenne und jede gesonderte Einzelantenne definieren einen
Detektionsbereichsweg. Ein Hochfrequenzsender ist mit einem Ende
der verteilten Antenne und der Anordnung der Einzelantennen verbunden.
Mit dem anderen Ende der verteilten Antenne und der Anordnung von
Einzelantennen ist ein Empfänger
verbunden. Nach Gagnon tauscht ein Steuerungsgerät Hochfrequenzenergie zwischen
der verteilten Antenne und einer ausgewählten Einzelantenne in der
Anordnung aus. Die von der ausgewählten Einzelantenne empfangene
Energie wird analysiert, um Störungen
in der empfangenen Hochfrequenzenergie zu detektieren, die von einem
sich nahe dem Weg und in der Nachbarschaft der ausgewählten Antenne
bewegenden Eindringling zu detektieren. Zwar lehrt das Gagnon-Patent
eine lineare Anordnung von diskreten Sensoren zum Detektieren eines
Eindringlings in der Nähe
einer Linie, wie ein Zaun oder eine Mauer, jedoch ist die von Gagnon
angegebene Anordnung mit Antennen, die typischerweise sechs Meter
(20 Fuß)
von der Mauer oder dem Zaun entfernt sind, nicht geeignet zur Verwendung
an in geringem Abstand befindlichen Mauerkronen oder Dachkanten,
die eine zu schützende
Umgrenzung umgeben.
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Das
erwähnte
US-Patent 6,424,259 (Gagnon) und das US-Patent 4,536,752 (Cheal)
beschreiben beide Eindring-Detektionssysteme, welche als Sensoren
offene Übertragungsleitungen
aufweisen, welche mit Einzelantennen oder Empfängern gekoppelt sind, die längs der Übertragungsleitung
in Abständen
angeordnet sind. Diese Eindring-Detektionssysteme sehen jedes eine
Anordnung von Sensorzonen vor, welche erzeugt werden, indem ein
im allgemeinen einziges Hochfrequenzsignal, das von einem zentralen
Sender oder Empfänger
erzeugt wird, vom Kabel auf die Anordnung von Antennen gekoppelt wird.
Zwar können
die Eindring-Detektionssysteme die
von Gagnon und Cheal beschrieben sind, in Grenzschutzanwendungen
verwendet werden, jedoch hat jedes System begrenzte Detektionsmerkmale.
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Andere
Systeme des Standes der Technik verwenden Mikrowellen- oder IR-Sensoren,
um die Anwesenheit eines Eindringlings längs einer Grenze zu detektieren.
Zu diesen Systemen gehören
mehrfache diskrete Sensoren oder bistabile Sender/Empfänger(tx/rx)-Paare,
welche in einer Korbweb-Weise getrennt in großen Entfernungen voneinander,
beispielsweise bis zu 100 m, angeordnet werden. Diese Systeme werden
auf einer Mauerkrone oder Dachkante installiert, welche eine zu
schützende
Grenze umgibt, und detektieren das Eindringen, wenn ein Eindringling
den Detektionsfeld"strahl" zwischen den zwei
Sensorköpfen
des Paares stört.
Begrenzungen der Mikrowellenssysteme werden verursacht durch den
langen Anfangsabstand für
Sensorstrahlen, was deren Überlappung
erfordert, was die Installation an Mauern oder Zäunen mit mehreren Biegungen
erschwert. Da außerdem
die Strahlen der Mikrowellen-Systeme
nur einer graden Linie folgen, sind diese Systeme teuer im Einbau,
da jeder Sensor an jeder Biegung in einer Mauer wiederholt werden
muß.
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Die
vorliegende Erfindung hat daher zur Aufgabe, ein Eindring-Detektionssystem
zu schaffen, das Eindringlinge detektiert, die sich einem schmalen Objekt
nähern,
das eine Grenze bildet, wie eine Dachkante, eine Kopfkante einer
Grenzmauer oder einer Gebäudewand.
Die Erfindung schafft auch ein System, welches einfach installierbar
ist und einen durchgehenden Detektionsbereich längs der Grenze aufrechterhält, welche
gebogen sein kann oder Biegungen sowohl horizontal als auch vertikal
aufweisen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für ein Eindring-Detektionssystem.
Erfindungsgemäß weist
die Sensoranordnung einen oder mehrere Sensorknoten auf, die jeder
mit einem Anordnungsprozessor verbunden sind. Jeder Sensorknoten
weist einen oder mehrere diskrete (Einzel-) Sensoren auf. Diese
Sensorknoten detektieren die Anwesenheit eines Eindringlings in
einem Detektionsbereich, das sich in einer Ebene quer zu jedem Sensorknoten
erstreckt. Wann immer ein Eindringling in den Detektionsbereich
eines Sensorknotens eintritt, erzeugen einer oder mehrere der Einzelsensoren
des Sensorknotens eine Antwort, die für die Anwesenheit eines Eindringlings
repräsentativ
ist. Ein Anordnungsprozessor empfängt die Antwort in Form eines
Antwortsignals. Der Anordnungsprozessor verarbeitet das von jedem
Einzelsensor empfangene Antwortsignal und erzeugt eine Alarmstörungssignatur.
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Jeder
Sensorknoten kann außerdem
einen mit jedem Sensor gekoppelten Knotenprozessor aufweisen. In
dieser Ausführungsform
der Erfindung verarbeitet das Knotenprozessorsignal die von den Einzelsensoren
erzeugten Antworten und erzeugt eine Alarmstörungssignatur. Die Alarmstörungssignatur
wird dann dem Anordnungsprozessor übermittelt, der dann eine weitere
Signalverarbeitung der Alarmstörungssignatur
durchführt,
um von Umweltfaktoren, wie Regen, Schnee oder kleinen Wildtieren zu
differenzieren.
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Der
Anordnungsprozessor kann auch Vorkehrungen aufweisen, um jedem der
Sensorknoten von einem gegebenen Verteilungspunkt längs der Sensoranordnung
Energie zuzuführen.
In einer Ausführungsform
der Erfindung kann eine externe Energiequelle, wie ein Solarmodul
oder ein Batterie/Umwandler mit dem gegebenen Verteilungspunkt in
der Sensoranordnung verbunden sein.
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Die
erfindungsgemäße Sensoranordnung bildet
einen Teil eines Eindring-Detektionssystems, welches eine Systemsteuerung
und eine Kalibriervorrichtung aufweist. Die Systemsteuerung ist
mit dem Anordnungsprozessor gekoppelt und die Kalibriervorrichtung
ist mit der Systemsteuerung gekoppelt. Die Kalibriervorrichtung
steht mit jedem Sensorknoten durch die Systemsteuerung in Verbindung, um
die Empfindlichkeitseinstellung der Sensoren jedes Sensorknotens
anzupassen. Die Systemsteuerung verarbeitet weiterhin Informationen,
die er vom Anordnungsprozessor empfängt, und steht in Verbindung
mit einem Bediener-Interface, um eine Landkarten-Anzeige des Ortes
des Eindringlings zu liefern.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung kann die Sensoranordnung eingeschlossen sein in einem länglichen
Gehäuse,
wie einem länglichen
Kanal, Rohr oder Rinne, um das Aussehen von Wand oder Mauer, Dachspitze
oder -kante möglichst
wenig zu beeinträchtigen.
Je nach der Montage der Anordnung würde sich ein Detektionsfeld
normalerweise von der Mauerkrone oder der Dachkante nach oben oder
außen
erstrecken. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die
Sensorknoten als spezielle, den Anforderungen angepaßte Mikrochips
integriert und hergestellt werden, von denen jeder in ein flaches
verformbares Kabel oder Band eingeschlossen und längs desselben
in Abständen
angeordnet sein kann. In einer anderen Ausführungsform können mehrere
lineare Sensoranordnungen aneinanderstoßen, kombiniert und längs eines
großen
Umfangs verteilt sein, um eine große Längenabdeckungsfläche zum
Detektieren der Anwesenheit eines Eindringlings zu liefern.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann die Sensoranordnung in einem Eindringlings-Detektionssystem in Verbindung mit anderen
Einzelsensoren des Standes der Technik verwendet werden, welche die
Anwesenheit eines Eindringlings detektieren. Durch Kombinieren der
Sensoranordnung mit solchen Einzelsensoren steigt die Wahrscheinlichkeit, daß ein Eindring-Detektionssystem
die Anwesenheit eines Eindringlings detektiert.
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Die
Erfindung ist dadurch vorteilhaft, daß wenn die Sensoranordnung
integriert und in einem verformbaren flachen Kabel oder Band eingeschlossen
ist, ihre Installation an einer engen oder dreidimensionalen Oberfläche erleichtert
ist. Die Installation kann beispielsweise an der Seite oder Spitze
eines Gebäudes,
einer Wand, Mauer, eines Schiffs, Docks oder Brunnens sein, wo ein
unauffälliges
Detektionssystem gewünscht
wird. Die Erfindung ist auch vorteilhaft, indem jede Sensorcharakteristik
in einem bestimmten Sensorknoten ausgewählt werden kann, um verschiedene
Detektionsmerkmale zu liefern, wodurch die Wahrscheinlichkeit der
Detektierung der Anwesenheit und des Ortes eines Eindringlings gesteigert
wird und eine echte Bedrohung von einem Fehlalarm, wie sie von Vögeln, kleinen
Tieren usw. verursacht werden, unterschieden wird.
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In
einem ersten Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine Sensoranordnung,
die einen Teil eines Eindring-Detektionssystems bildet und die wenigstens
einen Sensorknoten aufweist, wobei jeder Sensorknoten eine Längsachse
hat und einen Detektionsbereich liefert, der durch eine Ebene definiert
ist, die sich quer zur Längsachse
erstreckt, wobei der Sensorknoten wenigstens einen diskreten Sensor hat,
hier und im folgenden als Einzelsensor bezeichnet, um eine Antwort
auf einen in den Detektionsbereich des Sensorknotens eintretenden
Eindringling zu erzeugen und das Eindring-Detektionssystem außerdem einen
Anordnungsprozessor zur Erzeugung von Informationen aufgrund von
Verarbeitung jeder Antwort aufweist, wobei der Anordnungsprozessor mit
jedem der Sensorknoten gekoppelt ist.
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In
einem zweiten Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine Sensoranordnung,
die einen Teil eines Eindring-Detektionssystems bildet und wenigstens
einen Sensorknoten aufweist, wobei jeder Sensorknoten eine Längsachse
hat und einen Detektionsbereich liefert, die durch eine quer zur
Längsachse
der Sensoranordnung verlaufende Ebene definiert ist und der Sensorknoten
wenigstens einen Einzelsensor zur Erzeugung einer Antwort auf einen
in den Detektionsbereich des Sensorknotens eindringenden Eindringling
hat und das Eindring- Detektionssystem einen
Knotenprozessor hat, der auf der Basis der vom Sensorknoten erzeugten
Antwort eine Störalarmsignatur
erzeugt und mit jedem Einzelsensor gekoppelt ist, und weiterhin
ein Anordnungsprozessor vorgesehen ist, der auf der Basis der von
jedem Knotenprozessor empfangenen Störalarmsignatur Informationen
erzeugt und mit dem Knotenprozessor jedes Sensorknotens gekoppelt
ist.
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In
einem dritten Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein Eindring-Detektionssystem
mit wenigstens einer Sensoranordnung, die wenigstens einen Sensorknoten
hat, wobei jeder Sensorknoten eine Längsachse hat und einen Detektionsbereich
liefert, der durch eine quer zur Längsachse verlaufende Ebene
definiert ist und wenigstens einen Einzelsensor zur Erzeugung einer
Antwort auf einen in den Detektionsbereich des Sensorknotens eintretenden
Eindringling aufweist und einen Knotenprozessor aufweist, der aufgrund
der von jedem Einzelsensor empfangenen Antwort eine Störalarmsignatur
erzeugt, wobei der Knotenprozessor mit jedem Einzelsensor gekoppelt
ist, und ferner ein Anordnungsprozessor vorgesehen ist, der aufgrund
der von jedem Prozessorknoten empfangenen Störalarmsignatur Information
erzeugt und mit dem Knotenprozessor jedes Sensorknotens gekoppelt
ist, wobei ferner ein Kalibriermittel vorgesehen ist, um die Empfindlichkeitseinstellung
jedes Einzelsensors einzustellen und ein Systemprozessor vorgesehen
ist, um die von dem Anordnungsprozessor empfangene Information zu
verarbeiten und einen Alarmzustand zu erzeugen, wobei das Kalibriermittel
mit dem Systemprozessor gekoppelt ist und der Systemprozessor mit
jeder Sensoranordnung gekoppelt ist.
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Die
Erfindung wird beschrieben mit Bezug auf die Zeichnungen, worin:
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1 ist ein Blockdiagramm
eines erfindungsgemäßen Eindring-Detektionssystems;
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2 zeigt eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Eindring-Detektionssystems,
das auf einer Mauerkrone längs
mit einem erfindungsgemäßen Detektionsbereich
montiert ist;
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3 ist eine Draufsicht mehrerer
in Abschnitten längs
einer Reihe von Wand- oder Dachkanten miteinander verbundener Sensoranordnungen
gemäß der Erfindung;
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4 ist eine Seitenansicht
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, die auf einer Mauerkrone montiert ist, um einen größeren Überwachungsbereich
zu liefern;
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5 ist eine Seitenansicht
einer dritten Ausführungsform
der Erfindung, die an der Seite einer Wand oder am Kopf eines Pfostens
montiert ist, um eine örtliche
Detektionslücke
abzudecken; und
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6 ist eine Draufsicht einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung, die auf einer Bodenfläche montiert ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird zum Zweck der Erläuterung
in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben; es
ist jedoch darauf hinzuweisen, daß sich aus der folgenden Beschreibung
der Zeichnungen gemäß der Erfindung
weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben. Obgleich eine
bevorzugte Ausführungsform
beschrieben wird, ist damit keine Beschränkung beabsichtigt. Vielmehr
sind die im folgenden angegebenen allgemeinen Prinzipien nur zur Erläuterung
des Bereichs der vorliegenden Erfindung gedacht und es ist weiter
darauf hinzuweisen, daß zahlreiche
Veränderungen
vorgenommen werden können,
ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Es
zeigt nun 1 ein Blockdiagramm
eines Eindring-Detektionssystems 2 der Erfindung. Das Eindring-Detektionssystem 2 besteht
aus einer Sensoranordnung 5, einer Systemsteuerung 45 und
einem Kalibriermittel 50. Die Sensoranordnung 5 umfaßt einen
oder mehrere einzelne Sensorknoten 10a, 10b, ..., 10n und
einen Anordnungsprozessor 30. Jeder der einzelnen Sensorknoten 10a, 10b,
..., 10n ist vom nächsten
um eine vorgeschriebene Entfernung getrennt, um ein aneinanderstoßendes oder überlappendes
Detektionsfeld mit einem benachbarten Sensorknoten zu bilden und
kann einen oder mehrere (diskrete) Einzelsensoren enthal ten. In
der in 1 gezeigten Ausführungsform
enthält
der Sensorknoten 10a zwei Einzelsensoren 100a, 101a,
der Sensorknoten 10b enthält einen Einzelsensor 100b und der
Sensorknoten 10n enthält
drei Einzelsensoren 100n, 101n, 102n.
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Es
sei erwähnt,
daß weder
hinsichtlich der Zahl von Einzelsensoren, die in einem bestimmten Sensorknoten
enthalten sein können,
noch hinsichtlich der Zahl der in einer Sensoranordnung angeordneten
Sensorknoten eine Begrenzung besteht. Weiterhin kann in der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung der Abstand zwischen Sensorknoten 10a, 10b,
..., 10n gewählt
werden aufgrund von mehreren Faktoren, wie die Art des zu detektierenden
Eindringlings, die Orientierung eines Eindringlings mit Bezug auf
den Detektionsbereich eines Sensorknotens, das Detektionsfeld eines
bestimmten Einzelsensors, der Detektionsbereich der Sensorknoten
und ob die Detektionsbereiche der Sensorknoten sich überlappen sollen.
Beispielsweise können
in der Ausführungsform
der Erfindung, in welcher die Sensoranordnung auf einer Mauerkrone
montiert ist, die Sensorknoten einen Abstand von 0,75 m haben und
Detektionsbereiche, die 90° in
der quer zu jedem Sensorknoten verlaufenden Ebene überstreichen.
In dieser Ausführungsform
würde ein
menschlicher Eindringling, der in einen Detektionsbereich quer eintritt,
stets entdeckt werden. In der Ausführungsform der Erfindung, wo
die Sensoranordnung horizontal an der Seite einer Wand oder Mauer
montiert sind, wie in 4 gezeigt,
können
die Sensorknoten, um einen sich der Grenze nähernden Eindringling zu detektieren,
20 m Abstand voneinander haben, ihre Detektionsbereiche können sich über einen
Abstand von 20 m erstrecken und in der quer zu jedem Sensorknoten
liegenden Ebene 90° überstreichen.
In der Ausführungsform
der Erfindung, wo die Sensoranordnung vertikal an einer Wand montiert
ist, können
die Sensorknoten einen Abstand von 2,5 m voneinander haben. In der bevorzugten
Ausführungsform
können
die Sensorknoten 0,5 bis 20,0 m Abstand voneinander haben.
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Wiederum
mit Bezug auf 1: Jeder
Sensorknoten 10a, 10b, ..., 10n kann
auch einen Knotenprozessor 25a, 25b, ... 25n aufweisen.
Die Sensorknoten 10a, 10b, ..., 10n sind
jeder mit einem Anordnungsprozessor 30 verbunden, indem
entweder digitale oder Niederfrequenz-Analog-Datenkabel oder drahtlose Übertragungsmittel
(nicht gezeigt) verwendet werden. Die Sensoranordnung 5 kann
außerdem eine
Energiequelle 40 aufweisen, die mit jedem der Sensorknoten 10a, 10b,
..., 10n und dem Anordnungsprozessor 30 gekoppelt
ist.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung kann die Sensoranordnung 5 Energie von einer
externen Quelle, wie einem Solarpanel oder Batterie erhalten. Die
externe Energiequelle (nicht gezeigt) würde mit einem Verteilungspunkt
(nicht gezeigt) in der Sensoranordnung 5 gekoppelt sein,
der seinerseits mit dem Anordnungsprozessor 30 und jedem
Sensorknoten 10a, 10b, ..., 10n gekoppelt
wäre. Der
Anordnungsprozessor 30 kann auch ein drahtloses Übertragungsmittel 36 aufweisen,
das mit einem drahtlosen Übertragungsmittel 46 der
Systemsteuerung 45 gekoppelt ist. Die Systemsteuerung 45 weist
ein Mittel 47 auf, das drahtlose Kommunikation in beiden
Richtungen liefert und mit dem Mittel zur drahtlosen Kommunikation 46 gekoppelt
ist. Die Kalibriervorrichtung 50 ist über eine Vorrichtung 51 zur
drahtlosen Übertragung
mit der Vorrichtung 46 zur drahtlosen Übertragung der Systemsteuerung 45 verbunden.
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Erfindungsgemäß hat jeder
Sensorknoten 10a, 10b, ..., 10n einen
entsprechenden Detektionsbereich 65a, 65b, 65c,
der in 2 gezeigt ist.
Jeder Detektionsbereich 65a, 65b, 65c erstreckt
sich quer zu einer Längsachse
jedes Sensorknotens 10a, 10b, ..., 10n.
Sobald ein Eindringling (nicht gezeigt) sich einem Detektionsbereich 65a, 65b, 65c der
Sensoranordnung 5 nähert,
detektieren die Einzelsensoren 100a, 100b, ..., 100n des
Sensorknotens 10a, 10b, ..., 10n der 1 die Anwesenheit des Eindringlings und
erzeugen eine Antwort auf die Anwesenheit eines Eindringlings in
dem Detektionsbereich 65a, 65b, 65c.
Das von einem gegebenen Sensor erzeugte Antwortsignal hängt vom
Sensortyp ab. Beispielsweise wenn der Einzelsensor ein Doppler-Mikrowellenmodul
ist, das einen 5V Gleichstromeingang hat, ist das von dem als ein
monostabiler Radar arbeitende Einzelsensor erzeugte Antwortsignal
eine Spannung mit einer Frequenz, die der Geschwindigkeit eines
Objekts in seinem Detektionsfeld proportional ist. Wenn der Einzelsensor
ein gepulster Ultraschallsonarsensor ist, enthält das durch die Reflektion
vom Ziel erzeugte Antwortsignal den Bereich eines Eindringlings.
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Es
sei bemerkt, daß in
der Ausführungsform der
Erfindung, in welcher die Sensorknoten 10a, 10b, ..., 10n jeder
eine Mehrzahl von Einzelsensoren 100a, 100b, ..., 100n aufweisen,
jeder der Detektionsbereiche 65a, 65b, 65c eines
oder mehrere Detektionsfelder umfaßt (nicht gezeigt). Dementsprechend
hat der Detektionsbereich 65a eine Untergruppe von Detektionsfeldern
(nicht gezeigt) für
jeden Einzelsensor 100a, 101a, ..., der Detektionsbereiche 65b eine
Untergruppe von Detektionsfeldern (nicht gezeigt) für jeden
Einzelsensor 100b, 101b, ..., der Detektionsbereich 65c eine
Untergruppe von Detektionsfeldern (nicht gezeigt) für jeden
Einzelsensor 100c, 101c, ...,. Wenn beispielsweise
der Einzelsensor 100a ein Mikrowellen-Doppler-Sensor ist, welcher bis auf
eine Entfernung von 1 m mißt,
und der Einzelsensor 101a ein Ultraschallsensor ist, der
bis auf eine Entfernung von 2 m mißt, ist für einen gültigen Alarm eine Antwortfolge
von jedem Einzelsensor 100a, 101a erforderlich.
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Wiederum
mit Bezug auf 1: Nachdem ein
bestimmter Einzelsensor 100a, 100b, ..., 100n einmal
ein Antwortsignal erzeugt, verarbeitet der entsprechende Knotenprozessor 25a, 25b,
..., 25n das Antwortsignal, um eine Alarmstörungssignatur
zu erzeugen. Die Verarbeitung des Antwortsignals kann eine Verstärkung, Bandpaßfilterung,
Digitalisierung und Vergleich des Antwortsignals mit einer Schwelle oder
der Antwort von den anderen Sensoren im Knoten umfassen. So kann
die Alarmstörungssignatur eine
Zeitanordnung von gefilterten Datenproben sein. Nachdem einmal die
Alarmstörungssignatur
erzeugt ist, übermittelt
der Knotenprozessor 25a, 25b, ..., 25n die
Signatur zusammen mit anderen Sensordaten, wie der Adresse des Sensorknotens
an den Anordnungsprozessor 30. Es sei bemerkt, daß falls der
Sensorknoten Einzelsensoren von verschiedenen Typen umfaßt, der
Knotenprozessor eine Signalverarbeitung jeder Antwort durchführt und
eine Alarmstörungssignatur
erzeugt, beruhend auf den verarbeiteten Antworten. Es sei weiter
bemerkt, daß die
Knotenprozessoren und der Anordnungsprozessor über Leitung oder drahtlos verbunden
sein können
und die Kommunikation zu und von jeder Vorrichtung unter Verwendung
eines dem Fachmann bekannten Protokolls, wie dem Inter-Integrated
Circuit (I2C) Vorrichtungsnetzwerkprotokoll,
1 wireTM oder Universal Serial Bus (USB)
erfolgen kann.
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Der
Anordnungsprozessor 30 empfängt von jedem Prozessorknoten 25a, 25b,
..., 25n die Alarmstörungssignaturen
und führt
eine Signalverarbeitung derselben durch, um den Eindringling zu
klassifizieren, welcher in einen Detektionsbereich 65a, 65b, 65c der 2 eingedrungen ist. Beispielsweise
können
die Sensorknoten 10a, 10b, ..., 10n in
einem Abstand von 0,75 m voneinander angeordnet sein mit einem nach
oben gerichteten Detektionsbereich für einen Menschen von 1,5 m
und aneinander stoßenden
Detektionsbereichen 65a, 65b, 65c. Wenn
ein menschliches Ziel sich neben der Sensoranordnung 5 vorbeibewegt,
können
wenigstens zwei der Detektionsbereiche 65a, 65b, 65c betroffen
sein, während ein
Eindringling wie ein Vogel nur einen der Detektionsbereiche 65a, 65b, 65c überdeckt.
Der Anordnungsprozessor 30 kann, da er die Zeitantwort
des Eindringlings von den Knotenprozessoren kennt, bestimmen, ob
der Eindringling ein echter menschlicher Eindringling ist und wo
er sich in den Detektionsbereichen 65a, 65b, 65c der
Sensorknoten 25a, 25b, ..., 25n befindet.
Nachdem der Anordnungsprozessor 30 den Eindringling klassifiziert
und seinen Ort bestimmt hat, übermittelt
er die Information der Systemsteuerung 45 unter Verwendung
eines bekannten drahtlosen Kommunikationsprotokolls über die
drahtlose Kommunikationsvorrichtung 36 der Sensoranordnung
und die drahtlose Kommunikationsvorrichtung 46 der Systemsteuerung.
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Es
sei bemerkt, daß in
der Ausführungsform der
Erfindung, welche vorsieht, daß jeder
Sensorknoten 10a, 10b, ..., 10n direkt
mit dem Anordnungsprozessor 30 verbunden ist, der Anordnungsprozessor 30 alle
Funktionen der einzelnen Knotenprozessoren 25a, 25b,
..., 25n und die Funktion des oben beschriebenen Anordnungsprozessors 30 erfüllt. Desweiteren
sei bemerkt, daß die
Sensoranordnung 5 an der Seite der Wand 1 montiert
sein kann, wie bei 5a in 2 gezeigt.
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Für den Fachmann
ist es klar, daß jede
im Handel verfügbare
drahtlose Kommunikationsvorrichtung wie, ohne Begrenzung darauf,
RF oder IR, für
die Kommunikation in zwei Richtungen zwischen dem Anordnungsprozessor 30 und
der Systemsteuerung 45 oder der Kalibriervorrichtung 50 und
dem Anordnungsprozessor 30 verwendet werden kann. Es ist
weiter klar, daß der
Anordnungsprozessor 30 mit der Systemsteuerung 45 durch
eine harte Drahtverbindung unter Verwendung eines im Handel verfügbaren Kabels
wie, ohne Begrenzung darauf, einer Bandleitung, eines Kabels mit
verdrilltem Drahtpaar oder Koaxialkabel verbunden sein kann.
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Wiederum
mit Bezug auf 1: Die
Systemsteuerung 45 empfängt
die Information von der Sensoranordnung 5 und bestimmt
die Gültigkeit
der verarbeiteten Antworten, die von den Sensoren 100a, 100b,
..., 100n erzeugt wurden, und entscheidet, ob ein Alarmzustand
angezeigt wird. Die Systemsteuerung 45 liefert auch adaptive
Daten zurück
zur Sensoranordnung 5. Beispielsweise kann die Systemsteuerung 45 feststellen,
ob der Geräuschpegel
an allen Sensoranordnungen wegen schweren Regens ansteigt, und entscheiden,
die Schwellen der Einzelsensoren 100a, 101a, ...,
zu erhöhen
oder Filterparameter in den Knotenprozessoren 25a, 25b,
..., 25n zu modifizieren. Die revidierten Schwellendaten
würden dem
Anordnungsprozessor 30 oder den Knotenprozessoren 25a, 25b,
..., 25n übermittelt,
wie in dem US-Patent
5,914,655 beschrieben. Die Systemsteuerung 45 kann auch
das Sicherheitssystem oder Sensoranordnungsdaten, wie Schwellen,
speichern. Wenn beispielsweise eine Sensoranordnung 5 ersetzt
werden muß,
könnten
die Kalibriereinstellungen auf eine neue Sensoranordnung herabgeladen
werden. Die Systemsteuerung 45 zeigt auch die Alarmorte,
zugehörige
Eindringinformationen oder Wartungsdaten auf einem Anzeige-Subsystem
(nicht gezeigt) an.
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Die
Kalibriervorrichtung 50 setzt die Schwellen oder Filterparameter,
die dem Detektionsbereich 65a, 65b, 65c jedes
Sensorknotens 10a, 10b, ..., 10n entsprechen.
Beispielsweise kann man mehrfaches Test-Eindringen durch die Detektionsbereiche 65a, 65b, 65c jedes
Sensorknotens 10a, 10b, ..., 10n durchführen. Die
Sensorknotenschwellen können durch
ein Benutzerinterface festgelegt oder angepaßt werden, beruhend auf den
Ergebnissen des Testeindringens um einen Detektionsbereich zu liefern, der
sich bis zu einer bestimmten Entfernung erstreckt. Die Parameter
können
auf die Systemsteuerung 45, die Knotenprozessoren 25a, 25b,
..., 25n und den Anordnungsprozessor 30 herabgeladen
und bei der Signalverarbeitung der Antworten und Alarmstörungssignaturen
verwendet werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung kann der Sensor, beispielsweise 100a, 101a der 1, ein im Handel verfügbarer Einzelsensor oder
Modul sein, der wegen seiner Detek tionseigenschaften ausgewählt wurde.
Beispielsweise können die
Einzelsensoren Mikrowellen-Module, wie Mikrowellen-Doppler-Module
oder Transceiver, Stereo-Doppler-Module, FM-Doppler-Radar-Module oder
VCO-Module sein. Die (diskreten) Einzelsensoren können auch
Ultraschall-Transducer, wie gepulste oder kontinuierliche Transducer
sein, die Entfernungs- oder Dopplersignale liefern, oder die Einzelsensoren
können
passive Infrarot(IR)-Sensoren
oder aktive (reflektierende) IR-Sensoren sein. Zusätzlich können die
verschiedenen Typen von Einzelsensoren 100a, 101a,
..., mit irgendeinem Sensorknoten 10a, 10b, ..., 10n kombiniert
werden. Die Einzelsensoren werden aufgrund ihres Typs und ihren
speziellen Detektionsmerkmalen, wie Detektionsfeldgröße, Form
und Parameter ausgewählt.
Die Kombination verschiedener Typen von Einzelsensoren stattet jeden
Sensorknoten mit verschiedenen Detektionsmerkmalen aus. Beispielsweise
kann ein Doppler-Mikrowellen-Sensor mit fester Frequenz, der als
Antwort Größe und Geschwindigkeit
eines Eindringlings liefert, kombiniert werden mit einem gepulsten
Ultraschall-Transducer, der einen Eindringlings-Entfernungsbereich liefern kann. Eine
solche Mikrowellen-Doppler-Vorrichtung, ist für sich allein nicht in der Lage,
zwischen einem von dem überwachten
Umkreis weit entfernten Eindringling und einem nahe beim Umkreis
befindlichen kleinen Eindringling, wie einem landenden Vogel, zu
unterscheiden. Daher liefert die Hinzufügung eines zweiten Einzelsensors
mit einem anderen Typ, wie einem gepulsten Ultraschallsensor, die
Information über
den Entfernungsbereich des Eindringlings und unterstützt auch
dessen Klassifizierung. Die Kombination von verschiedenen Sensortypen
um Zielmerkmale zu bewerten und die Signaturen von jedem Knoten
der Sensoranordnung zu verarbeiten, erleichtert die Unterscheidung
zwischen Rauschquellen und der Umgebung.
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Weiterhin
können
Einzelsensoren so ausgewählt
werden, daß sie örtlich übereinstimmende Feldmuster
oder sich gegenseitig ausschließende Parameter
haben, um ihre Ausgaben bei der Verarbeitung zu vereinigen, um bestmöglich die
Anwesenheit eines gültigen
Ziels zu bestimmen und von Rauschen und Umgebung erzeugte Alarme
auszuschließen.
Die Einzelsensoren können
auch so ausgewählt werden
oder ihre Felder so gerichtet sein, daß sie kompatibel sind, beispielsweise
Mikrowellensensoren nicht interferieren. Ein Sensorknoten kann so ausgebildet
sein, daß er
einen im wesentlichen quer verlaufenden Detektionsbereich erzeugt,
der an den Detektionsbereich eines benachbarten Sensorknotens anstößt oder
diesen überlappt.
Diese Detektionsbereiche können
auch hinsichtlich Azimuth, Höhenwinkel
oder Entfernungsbereich einen Abstand voneinander haben, um längs der
Sensoranordnung eine Folge von Detektionsbereichen zu liefern.
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Es
sei bemerkt, daß der
Anordnungsprozessor 30 an irgendeiner Stelle längs der
Sensoranordnung 5 angeordnet sein kann. Die Position des
Anordnungsprozessors 30 hängt davon ab, ob die Sensorknoten 10a, 10b,
..., 10n und der Anordnungsprozessor 30 durch
Draht oder drahtlos verbunden sind. Wenn die Sensorknoten 10a, 10b,
..., 10n drahtlos verbunden sind, wird die Position im
Hinblick auf eine Sichtlinie zwischen der drahtlosen Kombinationsvorrichtung
(nicht gezeigt) der Knotenprozessoren 25a, 25b,
..., 25n festgelegt. Wenn dagegen die Sensorknoten 10a, 10b,
..., 10n mit dem Anordnungsprozessor 30 verdrahtet
sind, hängt
die Position des Anordnungsprozessors 30 vom Signalverlust
der verwendeten Leitungen ab. Weiterhin kann die Position des Anordnungsprozessors 30 so
gewählt
werden, daß Übersprechen
in entweder den verdrahteten oder drahtlosen Anwendungen zwischen
von jedem der Sensorknoten 10a, 10b, ..., 10n übertragenen
Signalen möglichst
verringert wird. Die Position der Sensoranordnung 5 kann
auch im Hinblick auf die Sichtlinie zwischen dem Anordnungsprozessor 30 und
der Systemsteuerung 45 ausgewählt werden.
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3 zeigt eine Draufsicht
einer Ausführungsform
der Erfindung wo fünf
Sensoranordnungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e jede
von ihnen ähnlich
der Sensoranordnung 5 der 1 auf
einer Fläche
installiert sind, die eine Grenze umgibt, die mehrere Richtungsänderungen
enthält.
Es sei bemerkt, daß es
keine Begrenzung hinsichtlich der Anzahl von Sensoranordnungen 5 gibt,
die miteinander verbunden werden können. Weiterhin sei bemerkt,
daß in
einer Ausführungsform
der Erfindung die Sensoranordnungen 5 biegsam sein können und
um die Ecken einer Grenze gebogen sein können. Jede Sensoranordnung 5a, 5b, 5c, 5d, 5e enthält eine
unterschiedliche Anzahl von Sensorknoten 10a, 10b,
..., 10n und einen Anordnungsprozessor 30. Die
Kombination mehrerer Sensoranordnungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e erleichtert
die Installation eines Eindring-Detektionssystems 2 der 1 längs einer unregelmäßigen Fläche.
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Weiterhin
vergrößert die
lineare Kombination mehrerer Sensoranordnungen die Längenüberdeckung
(s. Figur) des (nicht gezeigten) Detektionsbereichs des Eindring-Detektionssystems 2 der 1. Die Sensoranordnungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e sind
aneinanderstoßend
in verschiedenen Winkeln angeordnet, um eine vollständige Abdeckung
eines Umkreises zu liefern. Die für eine bestimmte Sensoranordnung 5a gewählte Anzahl
von Sensorknoten 10a, 10b, ..., 10n kann
nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten ausgewählt werden, um den Bedarf des
Benutzers am besten zu erfüllen.
Beispielsweise kann die vorgefertigte Sensoranordnung vier Sensorknoten
aufweisen, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, um
eine Anordnungslänge
von 3 m zu erhalten. In einer Ausführungsform der Erfindung können die
Sensoranordnungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e aneinanderstoßend angebracht
werden, um eine vollständige
Abdeckung eines Umkreises zu erreichen. Die Anordnungen können so
angeordnet sein, daß sie
ein Alarmsignal liefern, um eine Videobeurteilung des entsprechenden
Teils des Umkreises auslösen,
beispielsweise indem eine Anordnung an einer Ecke des Umkreises
beginnt oder endet, um eine physische Bereichsgrenze zu bilden.
Als Alternative kann die Bereichsaufteilung des Umkreises elektronisch
erfolgen unter Verwendung der Systemsteuerung 45, und das
Anzeige-Subsystem (nicht gezeigt) kann das Bild der festen Videokamera
für Alarme
von den in deren speziellen Blickfeld befindlichen Sensorknoten
zeigen. Wenn beispielsweise der abzudeckende Umkreis vier Seiten
enthält,
können
eine oder mehrere Anordnungen auf jeder Seite des Umkreises in Kombination
mit einer Kamera angeordnet werden. In dieser Ausführungsform
können
die Kameras je längs
einer Seite des Umkreises gerichtet sein. Wenn von dem System in
Folge eines sich einer Seite des Umkreises nähernden Eindringlings ein Alarm erzeugt
wird, zeigt die Systemsteuerung auf dem Anzeige-Subsystem das Bild,
welches von der Kamera gesehen wird, die längs der Anordnung gerichtet
ist, welche den Eindringling erfaßte. In einer anderen Ausführungsform
kann jeder Sensorknoten jeder Anordnung einer Kamera zugeordnet
sein, die längs
jeder Anordnung gerichtet ist, so daß wenn ein Alarm vom System
erzeugt wird, das Bild derjenigen Kamera auf dem Anzeige-Subsystem
angezeigt wird, die längs
der Anordnung gerichtet ist, welche dem Knoten zugeordnet ist, welcher
den Eindringling erfaßte.
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4 zeigt die in 1 dargestellte Sensoranordnung
als ein auf einer Mauer 5 installiertes Frühwarn-Detektionssystem.
Die Sensoranordnung 5 erzeugt einen Detektionsbereich 65,
der sich horizontal vom Umkreis erstreckt, auf welchem die Sensoranordnung 5 installiert
ist. In dieser Ausführungsform
kann die Sensoranordnung 5 als ein Frühwarn ("Ausguck")-Sensor zum Detektieren eines Eindringlings 6 verwendet
werden, der sich einem zu sichernden Umkreis nähert. Je nach dem Typ des gewählten Sensors
kann die Reichweite des Sensors der Sensoranordnung 5 angepaßt werden,
um die Detektion eines Eindringlings 6 in einem Abstand
von bis zu etwa 20 m von der Sensoranordnung zu liefern. Unter Verwendung
von Sensoren mit entsprechendem Bereich kann der Entfernungsbereich
des Detektionsbereichs 65 auch in Entfernungsbereichszonen
unterteilt werden, wie in 4 bei 66, 67, 68 gezeigt. Der
Entfernungsbereich des Detektionsbereichs 65 ist begrenzt
durch das Signal/Rauschverhältnis
und Bedingungen des Betriebs und der zulässigen Leistung und des Spektrums
des spezifischen Einzelsensors.
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In 5 ist eine Ausführungsform
der Erfindung gezeigt, wo eine einzelne oder mehrere Sensoranordnungen 5 an
der Spitze oder Seite einer Wand 1 installiert sind. Es
sei bemerkt, daß die
Sensoranordnung dieser Ausführungsform
auch an der Spitze oder Seite eines Pfostens installiert sein kann.
Ferner ist eine seitliche Schnittansicht eines Sensorkopfes einer
Mehrzahl von im Handel verfügbaren
Sicherheitssensoren 55 gezeigt. Die Sensoranordnung 5 wird
in Verbindung mit den im Handel verfügbaren Sicherheitssensoren 55,
wie monostabilen oder bistabilen Mikrowellen-Sensoren verwendet.
In 5 wird der Detektionsbereich 65 der
Sensoranordnung 5 verwendet, um die dreieckigen Lücken über und
unter dem Detektionsbereich 70 der Sensoren 55 bis zum
Erdboden 60 zu schließen,
die bei und nahe den Sensorköpfen
der im Handel verfügbaren
Sicherheitssensoren 55 vorliegen, wo deren Detektionsfelder
am engsten sind. Diese Kombination liefert einen kontinuierlichen
Detektionsbereich, der schwierig zu durchdringen ist, ohne daß man entdeckt
wird, und verringert wesentlich die Mängel im Handel verfügbarer Sicherheitssensoren.
Die Sensoranordnung kann auch in Verbindung mit im Handel verfügbaren bistabilen
Mikrowellenvorrichtungen verwendet werden, um Lücken im Umkreis abzudecken,
welche auftreten, wenn die bistabilen Mikrowellengeräte längs eines
Umkreises aneinanderstoßend
angeordnet sind. Während
die bistabilen Mikrowellen- Sensoren
normalerweise in einer Würfelbindungsanordnung
(basketweave) versetzt sind, um einen kontinuierlichen Detektionsbereich
zu liefern, vermeidet die Verwendung der Sensoranordnung in Kombination
mit bistabilen Mikrowellen-Sensoren die Bedingung, die bistabilen
Sensoren zu versetzen, um eine kontinuierliche Abdeckung des Umkreises
zu erhalten.
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Es
sei auch erwähnt,
daß die
Sensoranordnung in Verbindung mit einer Mehrzahl von im Handel verfügbaren Sicherheitssensoren
benutzt werden kann, um Erfassungslücken wirtschaftlich abzudecken.
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6 zeigt eine andere Ausführungsform der
Erfindung. Die gezeigte Sensoranordnung 5 ist auf dem Boden 60 angeordnet
und detektiert die Anwesenheit eines Objekts, das durch den Detektionsbereich 65 über dem
Sensorknoten hindurchtritt. Die Sensoranordnung 5 kann
in einem verformbaren flachen Kabel (nicht gezeigt) eingeschlossen
und in diesem in Abständen
voneinander angeordnet sein, was ihre Installation längs des
Bodens 60 einfacher gestaltet. Weiterhin kann jedes Kabel
aus einem starren Material bestehen, das nicht bricht, wenn schwere Ausrüstung (nicht
gezeigt), wie ein Lastwagen (nicht gezeigt) über die Spitze der Sensoranordnung 5 fährt. Das
Kabel kann auch getarnt sein, so daß die Sensoranordnung 5 nicht
leicht erkennbar ist, wenn es auf der Erde bei oder nah einem zu
schützenden Umkreis
verlegt ist.
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Es
sei bemerkt, daß die
hier erwähnten
bevorzugten Ausführungsformen
die Erfindung nur erläutern.
Zahlreiche Abwandlungen in Ausgestaltung und Verwendung der Erfindung
können
im Hinblick auf die folgenden Ansprüche in Betracht gezogen werden,
ohne das betrachtete Gebiet und den Schutzbereich der offenbarten
Erfindung zu verlassen.