DE19606675A1 - Method and device for detecting an object in an area to be monitored - Google Patents
Method and device for detecting an object in an area to be monitoredInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine entsprechende Anordnung nach dem Ober begriff des Anspruchs 4.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1 and a corresponding arrangement according to the Ober Concept of claim 4.
Häufig soll festgestellt werden, ob sich in einem Sicher heits- oder Gefahrenbereich eine Person aufhält oder Gegen stände abgestellt sind. Dies gilt beispielsweise für den Gleisbereich zwischen den Schranken eines schienengleichen BahnübergangsOften it should be determined whether there is a safe safety or danger area a person stops or counter stands are parked. This applies, for example, to the Track area between the barriers of a rail-like one Level crossing
Aus der WO 94/23981 ist eine Anordnung zum Detektieren eines Objekts in einem zu überwachenden Bereich bekannt, bei der ein Sender ein hochfrequentes Abfragesignal von einer Seite des Bereichs aus durch diesen hindurch zu einer gegenüber liegenden Seite sendet, wo ein Transponder, bestehend aus einer Antenne und einem daran unter Zwischenschaltung eines Interdigitalwandlers angeschlossenen Oberflächenwellen-Ver zögerungselement, angeordnet ist. In dem Oberflächenwellen- Verzögerungselement wird das in eine Oberfläche umgewandelte empfangene Abfragesignal reflektiert und nach Zurückwandlung in ein elektrisches Signal von der Antenne in Richtung auf die den Sender aufweisende Seite des Bereichs zurückgesandt, wo es von einem Empfänger erfaßt und einer Auswerteeinrich tung zugeführt wird. Befindet sich in dem zu überwachenden Bereich ein Objekt, so wird das abgestrahlte Signal gedämpft. Dies wird in der Auswerteeinrichtung dadurch detektiert, daß das empfangene Signal einen vorgegebenen Schwellenwert unter schreitet. Durch Verwendung mehrerer Oberflächenwellen-Ver zögerungselemente, auch mit unterschiedlichen Verzögerungen, kann der überwachte Bereich verbreitert und auch ein sich darin befindliches Objekt lokalisiert werden. WO 94/23981 describes an arrangement for detecting a Object in an area to be monitored in which a transmitter sends a high-frequency interrogation signal from one side the area through it to one opposite lying side sends where a transponder consisting of an antenna and one connected to it Interdigital transducer connected surface wave Ver delay element, is arranged. In the surface wave The delay element becomes that which is converted into a surface received query signal is reflected and after conversion into an electrical signal from the antenna towards the side of the area containing the transmitter is returned, where it is detected by a receiver and an evaluation device tion is fed. Is in the area to be monitored If an object is in the area, the emitted signal is attenuated. This is detected in the evaluation device in that the received signal falls below a predetermined threshold steps. By using multiple surface wave ver delay elements, even with different delays, the monitored area can widen and also itself object located in it can be localized.
Schwierigkeiten können dann auftreten, wenn das Abfragesignal nicht nur von dem Transponder, sondern auch von anderen, wei ter entfernten Objekten zurückgestrahlt wird, aufgrund deren Abstand zum Sender sich die gleiche Signallaufzeit und auf grund deren Oberflächenbeschaffenheit sich die gleiche Ampli tude des reflektierten Signals wie bei dem Transponder er gibt. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird in dem deut schen Gebrauchsmuster 94 11 602 vorgeschlagen, das in dem Transponder empfangene Abfragesignal durch Verzögerung in einem Laufzeitelement zu modifizieren, bevor es durch den zu überwachenden Bereich zurückgesandt wird.Difficulties can arise when the interrogation signal not only from the transponder, but also from others, white the distant objects is reflected back due to Distance to the transmitter the same signal runtime and on due to their surface condition the same ampli tude of the reflected signal as with the transponder gives. In order to avoid these difficulties, the 's utility model 94 11 602 proposed that in the Transponder received interrogation signal by delay in to modify a runtime element before it is replaced by the monitoring area is returned.
Aufgrund von Laufzeitdispersionen bei Oberflächenwellen-Ver zögerungselementen und daraus folgenden breiten Spektral dispersionen kann es bei Verwendung von mehreren Transpondern zu gegenseitigen Beeinflussungen der Spektren kommen, weil die Bandbreite der von den Transpondern zurückgestrahlten modifizierten Abfragesignale zu groß wird. Dies läßt sich entsprechend der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 196 00 691.0 dadurch vermeiden, daß die Modi fikation des Abfragesignals in dem Transponder durch Mischung mit einem Oszillatorsignal erfolgt und daß das durch den zu überwachenden Bereich zurückgesandte modifizierte Abfrage signal mit dem Abfragesignal des Senders gemischt wird, bevor es zur weiteren Auswertung dem Schwellenwertdetektor zuge führt wird.Due to transit time dispersions in surface wave ver delay elements and the resulting broad spectrum dispersions can occur when using several transponders the spectra interact, because the bandwidth of the radiated back from the transponders modified query signals becomes too large. This can be done according to the not yet published German Avoid patent application 196 00 691.0 in that the modes fication of the interrogation signal in the transponder by mixing done with an oscillator signal and that by the monitoring area returned modified query signal is mixed with the transmitter's interrogation signal before it sent to the threshold detector for further evaluation leads.
Ein den bekannten Verfahren bzw. Anordnungen gemeinsames Problem ist die optimale Einstellung des Schwellenwertes, um einerseits eine sichere Detektion von Objekten in dem zu überwachenden Bereich zu ermöglichen und andererseits Fehl detektionen aufgrund zu hoher Detektionsempfindlichkeit zu vermeiden.A common to the known methods or arrangements Problem is the optimal setting of the threshold in order on the one hand, a reliable detection of objects in the enable monitoring area and on the other hand failure too high due to detection sensitivity avoid.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Lösung dieses Problems durch das in dem Anspruch 1 angegebene Verfahren und die in dem An spruch 4 angegebene Vorrichtung. According to the invention, this problem is solved by the method specified in claim 1 and in the An say 4 specified device.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unter ansprüchen zu entnehmen.Advantageous developments of the invention are the sub claims.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich durch Temperatur-, Witterungs- oder andere Umwelt einflüsse die Amplitude des empfangenen modifizierten Ab fragesignals ändern kann, ohne daß sich ein zu detektierendes Objekt in dem zu überwachenden Bereich befindet. Diese Ände rungen erfolgen naturgemäß nur sehr langsam, wobei aber auf Dauer beträchtliche Abweichungen zustande kommen können. Der entsprechend der Erfindung gebildete Mittelwert des empfange nen modifizierten Abfragesignals folgt den langsamen Änderun gen dieses Signals. Dementsprechend folgt auch der aus dem Mittelwert erzeugte Schwellenwert mit dem Abstand der vorge gebenen Sicherheitsmarginale diesen langsamen Signaländerun gen. Schnelle Signaländerungen, die durch in den zu über wachenden Bereich eindringende Objekte hervorgerufen werden, wirken sich dagegen verzögert in dem Mittelwert und damit dem Schwellenwert aus, so daß das sich schnell ändernde modifi zierte Abfragesignal den Schwellenwert verletzt und somit eine Alarmauslösung bewirkt.The solution according to the invention is based on the knowledge that that is due to temperature, weather or other environment influences the amplitude of the received modified Ab interrogation signal can change without a to be detected Object is in the area to be monitored. This change Naturally, stanchions take place only very slowly, although at Considerable deviations can occur. Of the average of the received formed according to the invention A modified interrogation signal follows the slow changes against this signal. Accordingly, it follows from the Average generated threshold with the distance of the pre given security margins this slow signal change Fast signal changes caused by in the over intruding objects on the other hand have a delayed effect in the mean value and thus in the Threshold so that the rapidly changing modifi decorated query signal violates the threshold and thus an alarm is triggered.
Damit sich während eines Alarmzustandes der Schwellenwert nicht weiter an den Verlauf des empfangenen modifizierten Abfragesignals anpaßt, wird in vorteilhafter Weise der zu Beginn des Alarmzustandes vorliegende Schwellenwert bis zum Ende des Alarmzustandes eingefroren.So that the threshold value changes during an alarm state not further modified to the course of the received Adapts query signal, the is in an advantageous manner Start of the alarm condition existing threshold up to Frozen end of alarm.
Um zu erreichen, daß trotz Anpassung des Schwellenwertes an die äußeren Gegebenheiten in dem zu überwachenden Bereich ein sich langsam aufbauendes Hindernis, wie z. B. eine Schnee verwehung, erkannt werden kann, wird zusätzlich ein Alarm ausgelöst, wenn der Mittelwert bzw. der daraus erzeugte Schwellenwert einen Grenzwert in Form eines weiteren Schwel lenwertes verletzt. To achieve that despite adjusting the threshold the external conditions in the area to be monitored slowly building up obstacle, e.g. B. a snow drift, can be recognized, an additional alarm triggered when the mean or the one generated from it Threshold a limit in the form of another smolder len values violated.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, von denenTo further explain the invention, the following is based on the figures of the drawing referenced, of which
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung und Fig. 1 is a schematic diagram of an embodiment of the arrangement according to the invention and
Fig. 2 ein Blockschaltbild des die Schwellenwertnachführung betreffenden Schaltungsteils aus Fig. 1 darstellen. FIG. 2 shows a block diagram of the circuit part from FIG. 1 relating to the threshold value tracking.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen auf das Vor handensein von Objekten zu überwachenden Bereich 1, auf des sen einer Seite 2 ein Sender 3 angeordnet ist. Der Sender 3 enthält einen Sendeoszillator 4, der ein Ausgangssignal mit einer Sendefrequenz f₁ von beispielsweise 2,5 GHz erzeugt. An dem Sendeoszillator 4 ist ein diesen steuernder Frequenzmodu lator 5 angeschlossen, der die Sendefrequenz f₁ mit einer Modulationsfrequenz von beispielsweise 1 kHz und einem Fre quenzhub von z. B. +/- 6 MHz frequenzmoduliert. Das frequenz modulierte Ausgangssignal des Sendeoszillators 4 wird einem Verstärker 6 zugeführt und anschließend als Abfragesignal über eine Antenne 7 in den zu überwachenden Bereich 1 abge strahlt. Fig. 1 shows a schematic representation of an area 1 to be monitored for the presence of objects, on the sen one side 2, a transmitter 3 is arranged. The transmitter 3 contains a transmission oscillator 4 , which generates an output signal with a transmission frequency f 1 of, for example, 2.5 GHz. At the transmitting oscillator 4 , this is a controlling frequency modulator 5 connected to the transmission frequency f 1 with a modulation frequency of, for example, 1 kHz and a frequency swing of Fre. B. +/- 6 MHz frequency modulated. The frequency-modulated output signal of the transmission oscillator 4 is fed to an amplifier 6 and then radiated as an interrogation signal via an antenna 7 into the area 1 to be monitored.
Auf der der Seite 2 des Bereichs 1 gegenüberliegenden Seite 8 ist ein Transponder 9 angeordnet, der das Abfragesignal mit tels einer Antenne 10 empfängt. Das empfangene Abfragesignal wird in einer nachgeordneten Bandfilter- und Verstärkerstufe 11 aufbereitet und anschließend einem Signalmodulator 12 zu geführt, in dem das empfangene Abfragesignal mit dem Aus gangssignal eines Oszillators 13 gemischt wird. Die Oszilla torfrequenz f₂ liegt dabei in einem Frequenzbereich von bei spielsweise 4 bis 7 MHz. Das so modifizierte Abfragesignal mit der Frequenz f₁ +/- f₂ wird anschließend über einen Ver stärker 14 einer Antenne 15 zugeführt und von dieser durch den zu überwachenden Bereich 1 hindurch auf dessen Seite 2 zurückgestrahlt. A transponder 9 , which receives the interrogation signal by means of an antenna 10 , is arranged on the side 8 opposite the side 2 of the area 1 . The received query signal is processed in a downstream band filter and amplifier stage 11 and then fed to a signal modulator 12 in which the received query signal is mixed with the output signal of an oscillator 13 . The Oszilla gate frequency f₂ is in a frequency range of 4 to 7 MHz, for example. The modified query signal with the frequency f 1 +/- f 2 is then fed via a amplifier 14 to an antenna 15 and is radiated back through the area 1 to be monitored on its side 2 .
Dort ist ein Empfänger 16 angeordnet, in dem das zurück gestrahlte, modifizierte Abfragesignal mittels einer Antenne 17 empfangen und über einen Verstärker 18 einem weiteren Signalmischer 19 zugeführt wird, der außerdem das Ausgangs signal des Sendeoszillators 4 erhält. Durch Mischung beider Signale mit den Frequenzen f₁ +/- f₂ bzw. f₁ erzeugt der Si gnalmischer 19 ausgangsseitig ein Signal, das die Frequenz f₂ des Oszillators 13 des Transponders 9 aufweist. Dieses Signal wird einer Auswerteeinrichtung 20 mit darin enthaltenem Schwellenwertdetektor zugeführt und auf Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes überwacht.There is a receiver 16 is arranged, in which the back-radiated, modified query signal is received by an antenna 17 and is fed via an amplifier 18 to a further signal mixer 19 , which also receives the output signal of the transmission oscillator 4 . By mixing both signals with the frequencies f₁ +/- f₂ or f₁, the Si signal mixer 19 generates on the output side a signal which has the frequency f₂ of the oscillator 13 of the transponder 9 . This signal is fed to an evaluation device 20 with a threshold value detector contained therein and monitored for falling below a predetermined threshold value.
Befinden sich in dem zu überwachenden Bereich 1 keine Objek te, so wird das Abfragesignal beim Durchlaufen des Bereichs 1 mit einem bestimmten Dämpfungsgrad gedämpft. Befinden sich dagegen in dem Bereich 1 irgendwelche Objekte, so ist die Dämpfung des Abfragesignals größer und somit das empfangene modifizierte Abfragesignal schwächer. Der Schwellenwert in der Auswerteeinrichtung 20 ist daher so einzustellen, daß das Ausgangssignal des weiteren Signalmischers 19 bei objekt freiem Bereich 1 über dem Schwellenwert liegt und bei Vor handensein von Objekten den Schwellenwert unterschreitet und dabei die Abgabe eines Alarmsignals A bewirkt.If there are no objects in area 1 to be monitored, the interrogation signal is attenuated with a certain degree of damping when passing through area 1 . If, on the other hand, there are any objects in area 1 , the attenuation of the query signal is greater and the modified query signal received is therefore weaker. The threshold value in the evaluation device 20 is therefore to be set such that the output signal of the further signal mixer 19 is above the threshold value in the case of an object-free area 1 and, in the presence of objects, falls below the threshold value and thereby triggers the output of an alarm signal A.
Fig. 2 zeigt ein detaillierteres Blockschaltbild der Aus werteeinrichtung 20. Diese enthält ein Tiefpaßfilter 21 mit einer Grenzfrequenz von etwa 100 Hz, in dem das von dem Signalmischer 19 kommende Signal von Rauschanteilen befreit wird. Das so erhaltene rauschfreie Signal U wird anschließend in einem Schwellenwertdetektor 22 mit einem Schwellenwert Uref1 verglichen. Liegt dabei das Signal U unter dem Schwel lenwert Urefl1 so gibt der Schwellenwertdetektor 22 ein Alarm signal A₁ ab, solange dieser Zustand andauert. Der Schwellen wert Uref1 wird aus dem Signal U abgeleitet, indem dieses ei ner Einrichtung 23 zur Mittelwertbildung zugeführt wird und der dort laufend gebildete Mittelwert M in einer Einrichtung 24 um eine Sicherheitsmarginale zu dem Schwellenwert Uref1 er gänzt wird. Dabei kann die Sicherheitsmarginale als additive oder multiplikative Größe mit dem Mittelwert M verknüpft wer den. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die Ein richtung 23 zur Mittelwertbildung einen Integrator 25, der eine vergleichsweise große Zeitkonstante von etwa 10 s auf weist. Dem Integrator 25 sind nacheinander ein Analog-/Digi tal-Umsetzer 26, eine digitale Speichereinrichtung 27 und ein Digital-/Analog-Umsetzer 28 nachgeordnet, wobei der Digi tal-/Analog-Umsetzer 28 ausgangsseitig den Mittelwert M be reitstellt. Die Speichereinrichtung 27 wird von einem Takt geber 29 zur taktweisen Übernahme des Signals am Ausgang des Analog-/Digital-Umsetzers 26 mit einer Taktfrequenz von bei spielsweise 1 Hz gesteuert. Durch die Integration des Signals U und die nachfolgende taktweise Übernahme des Integrations ergebnisses wird erreicht, daß schnelle Änderungen des Si gnals U nicht erfaßt und gespeichert werden. Der Mittelwert M und damit der Schwellenwert Uref1 folgt somit lediglich lang samen Änderungen des Signals U und paßt sich so den äußeren Gegebenheiten des zu überwachenden Bereichs 1 (Fig. 1) an. Fig. 2 shows a more detailed block diagram of the evaluation device 20th This contains a low-pass filter 21 with a cut-off frequency of approximately 100 Hz, in which the signal coming from the signal mixer 19 is freed of noise components. The noise-free signal U obtained in this way is then compared in a threshold value detector 22 with a threshold value U ref1 . If the signal U is below the threshold value U refl1 , the threshold value detector 22 emits an alarm signal A 1 as long as this state continues. The threshold value U ref1 is derived from the signal U by feeding it to a device 23 for averaging and the mean value M continuously formed there is supplemented in a device 24 by a safety margin for the threshold value U ref1 . The safety margins can be linked to the mean M as an additive or multiplicative variable. In the embodiment shown, the device 23 for averaging contains an integrator 25 , which has a comparatively large time constant of approximately 10 s. The integrator 25 are successively an analog / Digi tal converter 26, a digital storage device 27 and a digital / analog converter 28 arranged downstream, the Digi tal / analog converter 28 on the output side riding represents the mean M be. The memory device 27 is controlled by a clock generator 29 for the clockwise transfer of the signal at the output of the analog / digital converter 26 with a clock frequency of 1 Hz, for example. The integration of the signal U and the subsequent intermittent adoption of the integration result ensures that rapid changes in the signal U are not detected and stored. The mean value M and thus the threshold value U ref1 thus only follow slow changes in the signal U and thus adapt to the external conditions of the area 1 to be monitored ( FIG. 1).
Damit aber ein sich langsam aufbauendes Hindernis, z. B. eine Schneeverwehung, in dem Bereich 1 dennoch erkannt werden kann, wird der Mittelwert M, es kann aber auch der Schwellen wert Uref1 sein, in einem weiteren Schwellenwertdetektor 30 mit einem weiteren Schwellenwert Uref2 verglichen, der je nach Gegebenheit fest eingestellt werden kann und einen Minimal wert darstellt, unter den der Schwellenwert Uref1 niemals sin ken darf. Ein Absinken des Schwellenwertes Uref1 unter diesen Wert führt zur Erzeugung eines weiteren Alarmsignals A₂. Die beiden Alarmsignale A₁ und A₂ werden über ein ODER-Gatter 31 zu dem Alarmsignal A zusammengefaßt.So that a slowly building up obstacle, e.g. B. a drift of snow, in which area 1 can still be recognized, the mean value M, but it can also be the threshold value U ref1 , is compared in a further threshold value detector 30 with a further threshold value U ref2 , which can be fixed depending on the circumstances can and represents a minimum value below which the threshold value U ref1 must never decrease . A drop in the threshold value U ref1 below this value leads to the generation of a further alarm signal A₂. The two alarm signals A₁ and A₂ are combined via an OR gate 31 to the alarm signal A.
Damit während eines durch das Alarmsignal A₁ angegebenen Alarmzustandes der Schwellenwert Uref1 nicht weiter an den mittleren zeitlichen Verlauf des Signals U angepaßt wird, wird in diesem Fall der in der Speichereinrichtung 27 ge speicherte digitale Mittelwert M und damit der daraus resul tierende Schwellenwert Uref1 eingefroren, indem das Alarm signal A₁ über einen steuerbaren Schalter 32 die Taktsteue rung der Speichereinrichtung 27 sperrt.So that during an alarm state indicated by the alarm signal A 1, the threshold value U ref1 is no longer adapted to the average time profile of the signal U, the digital mean value M stored in the memory device 27 and thus the resulting threshold value U ref1 is frozen in this case , by the alarm signal A₁ via a controllable switch 32, the clock control of the storage device 27 blocks.
Claims (7)
- - mit einem auf einer ersten Seite (2) des Bereichs (1) an geordneten Sender (3), der durch den Bereich (1) hindurch ein hochfrequentes Abfragesignal zu einer gegenüberliegen den zweiten Seite (8) des Bereichs (1) sendet,
- - mit einem auf der zweiten Seite (8) des Bereichs (1) an geordneten Transponder (9), der das Abfragesignal empfängt und in modifizierter Form durch den Bereich (1) hindurch zu der ersten Seite (2) des Bereichs (1) zurücksendet, und
- - mit einem auf der ersten Seite (2) des Bereichs (1) an geordneten Empfänger (16), der das modifizierte Abfrage signal empfängt und einer Auswerteeinrichtung (20) mit einem Schwellenwertdetektor (22) zuführt, der im Falle einer Schwellenwertverletzung ein Alarmsignal (A₁) erzeugt, gekennzeichnet durch:
- - eine Einrichtung (23), die aus dem dem Schwellenwertdetek tor (22) zugeführten Signal (U) laufend einen Mittelwert (M) bildet, und
- - eine nachgeordnete weitere Einrichtung (24), die aus dem Mittelwert (M) unter Berücksichtigung einer Sicherheits marginale den Schwellenwert (Uref1) erzeugt und diesen dem Schwellenwertdetektor (22) zuführt.
- with an arranged transmitter ( 3 ) on a first side ( 2 ) of the area ( 1 ), which transmits a high-frequency interrogation signal through the area ( 1 ) to an opposite second side ( 8 ) of the area ( 1 ),
- - With one on the second side ( 8 ) of the area ( 1 ) to ordered transponder ( 9 ), which receives the query signal and in a modified form sends back through the area ( 1 ) to the first side ( 2 ) of the area ( 1 ) , and
- - With one on the first side ( 2 ) of the area ( 1 ) to an ordered receiver ( 16 ), which receives the modified query signal and supplies an evaluation device ( 20 ) with a threshold value detector ( 22 ) which, in the event of a threshold value violation, sends an alarm signal ( A₁), characterized by:
- - A device ( 23 ) which from the threshold detector ( 22 ) fed signal (U) continuously forms an average (M), and
- - A downstream further device ( 24 ), which generates the threshold value (U ref1 ) from the mean value (M), taking into account a safety margin , and supplies it to the threshold value detector ( 22 ).
- 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Speichereinrichtung (27) von einem Taktgeber (29) zur taktweisen Übernahme des laufend gebildeten Mittelwerts (M) oder des erzeugten Schwellenwertes (Uref1) gesteuert ist und
- - daß der Takt durch das Alarmsignal (A₁) während seiner Dauer abschaltbar ist.
- 7. Arrangement according to claim 6, characterized in
- - That the memory device ( 27 ) is controlled by a clock generator ( 29 ) for the cyclical transfer of the continuously formed mean value (M) or the generated threshold value (U ref1 ) and
- - That the clock by the alarm signal (A₁) can be switched off during its duration.
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