DE2710877A1

DE2710877A1 - Einbruch-alarmsystem

Info

Publication number: DE2710877A1
Application number: DE19772710877
Authority: DE
Inventors: Peter Jack Barowitz; Roy Baxendale
Original assignee: Elliott Brothers London Ltd
Current assignee: Allard Way Holdings Ltd
Priority date: 1976-03-16
Filing date: 1977-03-12
Publication date: 1977-11-24
Also published as: US4223304A; FR2344900B1; FR2344900A1; GB1573618A; CA1099380A; NL7702716A; DE2710877C2

Description

Dr,lng. Wilhelm Rjiohil Wpl-lng. WrUnng Beichel

6 FronMuiia. M. I Pki 13

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ELLIOTT BROTHERS (LONDON) LIMITED, Chelmsford, Essex, England Elttbruch-Alamsystem

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Die Erfindung betrifft ein Einbruch-Alarmsystem.

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-, Eisenbahnoder Luftverkehr ausgelöst werden, um auf diese Weise zu häufige Falschalarme zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist es neben der voranstehend erwähnten Vermeidung von Falschalarmen auch das Auslösen eines Alarms zu verhindern, der auf Schwingungen beruht, die durch menschliche Bewegungen ausgelöst werden, die von außerhalb der überwachten Fläche bzw. des überwachten Raumes herrühren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der oder die Wandler elektrische Signale entsprechend der von dem oder den Wandler empfangenen Schwingungen erzeugen, wobei diese elektrischen Signale einen bestimmten Frequenzbereich abdecken, daß Bandpaßfilter vorgesehen sind, die elektrische Signalkomponenten in einem Frequenzband innerhalb des Frequenzbereiches hindurchlassen, daß Glieder die Signalkomponenten gleichrichten und eine erste elektrische Wellenform ausbilden und weitere Glieder von der ersten Wellenform eine zweite elektrische Wellenform ableiten, die der ersten Wellenform mit verzögerten Anstiegszeiten folgt und daß Detektorglieder die erste und die zweite Wellenform

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miteinander vergleichen und ein Signal zur Alarmanzeige abgeben, sobald die erste Wellenform die zweite Wellenform in bezug auf die Größe um einen vorgegebenen Betrag übersteigt.

Die Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der oder die Kandier elektrische Signale entsprechend der auf den oder die . Vandler einfallenden Schwingungen erzeugen, wobei sich die elektrischen Signale über einen bestimmten Frequenzbereich erstrecken, daß ein erstes und zweites Bandpaßfilter vorgesehen sind, die Signalkomponenten in bestimmten Frequenzbändern innerhalb des Frequenzbereichs hindurchlassen, daß Glieder zum Gleichrichten der Signalkomponenten und zur Ausbildung einer ersten und zweiten' elektrischen Wellenform vorhanden sind, daß ein Detektorkreis ein Ausgangssignal liefert, wenn eine der elektrischen Wellenformen ein entsprechendes Referenzsignal um mehr als einen vorgegebenen Betrag übersteigt, daß ein Vergleichsglied die Zeitintegrale der ersten und zweiten Wellenform miteinander vergleicht und daß Gatterglieder das Ausgangssignal des Detektorkreises hindurchlassen oder sperren in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Vergleichsgliedes .

In bevorzugter Weise sindzwei Detektorkreise vorgesehen, um eine der ersten und zweiten elektrischen Wellenformen zu empfangen und entsprechende Ausgangssignale abzugeben und ist das Gatterglied so geschaltet, daß es das Ausgangssignal von einem der Detektorkreise in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Vergleichsgliedes Und dem Ausgangssignal des anderen Detektorkreises hindurchläßt oder blockiert.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Patentansprüchen 4 bis 6.

Ein Einbruch-Alarmsystem gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - ein schematisch.es Blockschaltbild des Einbruch-Alarmsystems, und . ,·
Figuren 2 und 3 - im Detail Teile des Systems nach Figur 1.

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Das in Figur 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 15o Hertz liegen. Die elektrischen Signale werden nach entsprechender Verstärkung zwei Schmalbandfiltern 3 und 4 zugeleitet, die einen Durchlaßbereich von beispielsweise 37 und 12 Hertz Breite aufweisen, die auf eine Mittellinie von 1oo Hertz bzw. 33 Hertz bezogen sind.

Die Ausgangssignale dieser Filter 3 und 4 werden hüllenmäßig festgestellt oder halbwellenförmig in den Gleichrichtern 5 und 6 gleichgerichtet, und die gleichgerichteten Signale 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 Figur 2 dargestellt. Eine Alarmanzeige, abgeleitet aus solchen Signalelementen wird in einem Schaltkreis 34 erhalten, der im Detail in den Figuren 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 Span-

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nungsimpulsen oder Spitzen, die einen Hintergrund der Schwingungen bilden, 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 stammen, sind diesem Hintergrund als ein Impulssignal überlagert, das eine steile Vorderflanke und eine Dauer in der Größenordnung von 3o bis 1oo 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 Figur 2 ist ersichtlich, daß die beiden gleichgerichteten Signale einem Vergleichskreis 9 zugeleitet werden, in welchem sie mit Hilfe von entsprechenden RC-Netzwerken integriert werden, die Zeitkonstante im Bereich von 2o 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 1o vorgesehen, um unterschiedliche Potentiale an ein NAND-Gatter 11 anzulegen .

Der 1oo Hertz Detektorkreis 7, wie in Figur 2 gezeigt, umfaßt einen Differentialverstärker 12, dessem Umkehreingang das gleichgerichtete höherfrequente Signal direkt zugeleitet wird und an dessen normalen Eingang der Ausgang eines wellenformenden Schaltkreises 13 anliegt. Der Schaltkreis 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

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wird. Das zusammengesetzte Signal wird dem Verstärker 12 über einen integrierenden Schaltkreis zugeleitet, der einen Widerstand 16 und einen Kondensator 17 umfaßt. Dieser integrierende Schaltkreis besitzt eine Zeitkonstante in der Größenordnung von 4o 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 ein monostabiler Kreis 18 getriggert wird, der so ausgelegt ist, daß er von seinem Momentanzustand in seinen Normalzustand mit einer Periode in der Größenordnung von einer halben Sekunde zurückkehrt. Der entsprechende monostabile Kreis in dem 33 Hertz Detektorkreis 8 ist so ausgelegt, daß er etwa viermal schneller in seinen Normalzustand zurückkehrt.

Werden innerhalb des Überwachungsbereichs der . Wandler 1 Signale empfangen, die von einem menschlichen Fußtritt herstammen, so erfolgt ein Vergleich der Energiepegel in den beiden Frequenzbändern durch den Vergleichskreis 9, und es ergibt sich entweder eine logische 'Null' oder einen negativen Spannungspegel, der von dem Ausgang des Verstärkers Io zu dem Gatter 11 geleitet wird, so daß eine logische 'Eins¹ an einen Eingang eines zweiten NAND-Gatters 19 gelegt wird. Der kürzere positive Impuls, der durch einen nicht gezeigten monostabilen Kreis des Detektorkreises 8 erzeugt wird, wird über einen Pfad 2o, ein Netzwerk und ein NAND-Gatter 22 einem anderen Eingang des Gatters 19 zugeleitet. Tritt nur ein po-

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sitiver Impuls am Ausgang des monostabilen Kreises rs aür, so hält eine Diode 23, die im Pfad 2o liegt, einen Kondensator 24 im Netzwerk 21 auf einem negativen Potential geladen. Tritt ein Impuls nur längs des Pfades 2o auf, so wird ein Kondensator 25 entladen, während der Kondensator 24 dann entladen wird, wenn ein nachträglicher Impuls längs des Pfades 2o auftritt, während der Impuls am Ausgang des monostabilen Kreises 18 noch gegenwärtig ist. Der nachträgliche, 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 'Eins¹ 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 Schaltkreise, die in Figur 3 gezeigt sind, bestimmt wird.

Diese logischen Schaltkreise umfassen einen monostabilen Schaltkreis 28, der so ausgelegt ist, daß er einen Standardausgangsimpuls von 3oo Millisekunden Dauer für jedes gültige Ereignis abgibt, ferner einen integrierenden Schaltkreis 29, der diese Standardimpulse integriert, einen rückstellbaren Widerstand-Kondensatorkreis 3o, der einen Pfad für eine langsame Entladung über einen Verstärker 31 zu dem integrierenden Schaltkreis 29 hin bildet, und zwar nach einem Intervall von beispielsweise 3 Sekunden nach dem Auftritt des letzten Standardimpulses. Ferner umfassen diese logischen Schaltkreise einen Spannungsbegrenzungskreis 32, der eine Alarmanzeige liefert, wenn das Ausgangssignal des integrierenden Schaltkreises 29 einen vorgegebenen Pegel überschreitet, und einen monostabilen Kreis 33, der den Pfad für schnelle Entladungen zu dem 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 bei*-

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spielsweise durch ein vorbeifliegendes Flugzeug^verurTsacnt werden kann, wird das im wesentlichen konstante Integral von hohem Pegel von dem 1oo Hertz gleichgerichteten Signal mittels eines Kondensators 26 in dem Vergleichskreis 9 blockiert. Das Signal, das die
rechte Seite dieses Kondensators 26 passiert, wie aus Figur 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.

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Leerseite

Claims

Elliott Brothers (JLondoa) Ltd. Gu-8724 [ναοηοεηβΪΟητΙ Patentansprüche

1. yEinbruch-Alarmsystem mit einem oder mehreren elektromechani-

sehen Wandler,

dadurch gekennzeichnet ,daß der oder die Wandler (1) elektrische Signale entsprechend der von dem oder den Wandler empfangenen Schwingungen erzeugen, wobei diese elektrischen Signale einen bestimmten Frequenzbereich abdecken, daß Bandpaßfilter (3, 4) vorgesehen sind, die elektrische Signalkomponenten in einem Frequenzband innerhalb des Frequenzbereiches hindurchlassen, daß Glieder (5, 6) die Signalkomponenten gleichrichten und eine erste elektrische Wellenform ausbilden und weitere Glieder von der ersten Wellenform eine zweite elektrische Wellenform ableiten, die der ersten Wellenform mit verzögerten Anstiegszeiten folgt und daß Detektorglieder (7, 8) die erste und die zweite Wellenform miteinander vergleichen und ein Signal zur Alarmanzeige abgeben, sobald die erste Wellenform die zweite Wellenform in bezug auf die Größe um einen vorgegebenen Betrag übersteigt.

2. Einbruch-Alarmsystem mit einem oder mehreren elektromechanischen Wandler,

dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Wandler (1) elektrische Signale entsprechend der auf den oder die Wandler einfallenden Schwingungen erzeugen, wobei sich die elektrischen Signale über einen bestimmten Frequenzbereich erstrecken, daß ein erstes und zweites Bandpaßfilter (3, 4) vorgesehen sind, die Signalkomponenten in bestimmten Frequenzbändern innerhalb des Frequenzbereichs hindurchlassen, daß Glieder (5, 6) zum Gleichrichten der Signalkomponenten und zur Ausbildung einer ersten und zweiten elektrischen Wellenform vorhanden sind, daß ein Detektorkreis ( 7 bzw. 8) ein Ausgangssignal liefert, wenn eine der elektrischen Wellenformen ein entsprechendes Referenzsignal um mehr als einen vorgegebenen Betrag übersteigt, daß ein Vergleichsglied (9) die Zeitintegrale der ersten und zweiten Wellenform miteinander vergleicht und daß Gatter-Glieder (11, 22, 19) das Ausgangssignal

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ORIGINAL INSPECTED

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des Detektorkreises (7 bzw. 8) hindurchlassen oder sperren in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Vergleichsgliedes (9) .

3. Einbruch-Alarmsystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet ,daß zwei Detektorkreise (7, 8) vorgesehen sind, um eine der ersten und zweiten elektrischen Wellenformen zu empfangen und entsprechende Ausgangssignale abzugeben und daß das Gatterglied (11 bzw. 22) so geschaltet ist, daß es das Ausgangssignal von einem der Detektorkreise (7 oder 8) in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Vergleichsgliedes (9) und dem Ausgangssignal des anderen Detektorkreises (7 oder 8) hindurchläßt oder blockiert.

4. Einbruch-Alarmsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Referenzsignal von der ersten oder zweiten Wellenform abgeleitet ist und die Tendenz aufweist, der Größe der entsprechenden Wellenform mit verzögerter Anstiegszeit zu folgen.

5. Einbruch-Alarmsystem nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine monostabile Schaltanordnung (28) vorgesehen ist, in der ein Impulssignal durch jedes Ausgangssignal des Gattergliedes (19) ausgelöst wird, daß ein integrierender Schaltkreis (29) diese Impulssignale verarbeitet und daß ein Glied (32) eine Alarmanzeige liefert, sobald der Ausgangsspannungspegel des integrierenden Schaltkreises (29) einen vorgegebenen Pegel überschreitet.

6. Einbruch-Alarmsystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Glied (3o) eine langsame Rückführung des integrierenden Schaltkreises (29) auslöst, wenn einem der Impulssignale innerhalb einer vorgegebenen Periode kein weiteres Impulssignal folgt.

7. Einbruch-Alarmsystem

dadurch gekennzeichnet, daß es entsprechend der Beschreibung anhand der beigefügten Zeich-

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nungen ausgebildet ist.