Elektrische Sicherungsanlage mit einem Sender zur Ausstrahlung elektromagnetischer Wellen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Sicherungsanlage, die einen Sender zur Ausstrahlung von elektromagnetischen Wellen und einen Empfänger aufweist, der auf Änderungen der Intensität der empfangenen Wellen anspricht.
Ändert sich bei derartigen Anlagen die Kopplung zwischen der Antenne des Senders und der Antenne des Empfängers, beispielsweise dadurch, dass ein Unbefugter den zu schützenden bzw. zu sichernden Raum betritt, spricht der Empfänger an und löst beispielsweise einen Alarm aus
Da bei Anlagen dieser Art die vom elektromagnetischen Feld an der Empfangselektrode erzeugte Spannung sehr klein ist und der Störeffekt durch eine in das Feld eintretende Person ebenfalls ausserordentlich schwach ausgeprägt ist, insbesondere wenn die eintretende Person beispielsweise durch dicke Gummisohlen sehr gut gegen Erde isoliert ist, muss der allgemeine Störpegel der Anlage extrem klein gehalten werden, damit der Nutzimpuls durch die das Feld störende Person die erforderliche Höhe gegenüber dem Störpegel besitzt.
Bei den bisherigen Geräten der eingangs genannten Art war diese Bedingung zufolge der Verwendung von Elektronen röhren nur mit erheblichen Schwierigkeiten einzuhalten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Störpegel durch die starken Emissionsänderungen der geheizten Kathoden bei Schwankungen der Heiz- spannung sowie durch Schwankungen der Gitterund Anodenspannungen gegeben ist, wobei diese Schwankungen ihrerseits auf die Schwankungen der Netzspannung zurückzuführen sind. Bei Sicherungsanlagen dieses Typs mit Elektronenröhren muss daher bei der Stabilisierung der Speisespannung ein grosser Aufwand getrieben werden, und zwar auch dann, wenn die Speisespannung aus einer Akkumulatorenbatterie entnommen wird, die mit einem Netzladegerät ständig gepuffert wird.
In diesem Fall wird der Aufwand im Versorgungsteil noch durch den Wechselrichter für die Erzeugung der Anodenspannung erhöht.
Es ist nun der Zweck der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Sicherungsanlage der genannten Art zu schaffen.
Die Sicherungsanlage gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sender und in dem Empfänger als schwingungserzeugende bzw. verstärkende Elemente Transistoren und zur Stabilisierung der Speisespannung elektronische Mittel verwendet sind.
Bei einer derartigen Sicherungsanlage ist der Sender vorzugsweise als Sperrschwinger ausgebildet, während der Empfänger als aperiodisch arbeitender Empfänger ausgebildet ist, so dass geringfügige Schwankungen der Frequenz des Senders keinen Alarm auslösen.
Weiterhin ist der Empfänger vorzugsweise so ausgebildet, dass er sowohl auf eine Verstärkung als auch auf eine Abschwächung der Kopplung zwischen Sender- und Empfängerantenne anspricht. Wenn eine gegen Erde gut isolierte Person in den Raum zwischen den beiden Antennen eintritt, kann eine Ver stärkung der vom Empfänger aufgenommenen Energie auftreten. Durch die erwähnte Massnahme wird somit gewährleistet, dass der Empfänger in jedem Fall anspricht.
Schliesslich kann die Sicherungsanlage Zeitschaltmittel aufweisen, die ein Ansprechen erst einige Minuten nach Einschalten der Speisespannung zulassen. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass die kurz nach dem Einschalten auftretenden Spannungsänderungen - beispielsweise bei der Verwendung eines Akkumulators als Spannungsquelle keinen Fehlalarm auslösen können.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Verwendung der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden:
Die in der beiliegenden Zeichnung als Linienschaltbild dargestellte Sicherungs anlage besteht aus einem Sender, einem Empfänger sowie aus einem Netz- und Schaltteil.
Das Netz- und Schaltteil kann beispielsweise an das technische Wechselspannungsnetz angeschlossen werden und besitzt einen Netztransformator 1, dessen Sekundärwicklung an einen Allweggleichrichter 2 angeschlossen ist. An der Primärseite des Transformators ist in üblicher Weise ein Netzschalter 3 vorgesehen. An der Gleichstromseite des Gleichrichters 2 ist ein Glättungskondensator 4 angeschlossen. Parallel zu dem Kondensator 4 - gegebenenfalls unter der Zwischenschaltung eines Schalters - liegt der Speiseakkumulator 5. Der Akkumulator liegt somit in Pufferschaltung, d. h. er wird einerseits laufend durch das Netz gespeist, ist jedoch anderseits in der Lage, die Sicherungsanlage als einzige Spannungsquelle in Betrieb zu halten.
Parallel zu dem Akkumulator 5 liegt über einen Schalter 6 die Serienverbindung aus einem Widerstand 7 und eine Zenerdiode 8. Die eigentliche Speisespannung zur Speisung des Senders und Empfängers wird nun an dieser Zenerdiode abgenommen, da an ihr die Spannung praktisch konstant bleibt; alle Änderungen der Speisespannung des Akkumulators 5 erscheinen in der gezeigten Schaltung an dem Widerstand 7. Die an der Zenerdiode abgenommene Speisespannung wird nun durch Leitungen 9 und 10 zu dem Sender übertragen.
Der in gleicher Weise wie das Netz- und Schaltteil in einem abgeschirmten Gehäuse untergebrachte Sender enthält zwei Transistoren 11 und 12, die als Sperrschwinger geschaltet sind. Die Kollektorelektroden sind an die erste Primärwicklung 13 eines Transformators 14 angeschlossen, deren Mittel an zapfung an die Speiseleitung 10 angeschlossen ist.
Die Emitterelektroden der Transistoren 11 und 12 sind an die Speiseleitung 9 angeschlossen. Das Potential für die Basiselektroden wird durch einen Spannungsteiler gewonnen, der aus den Widerständen 15 und 16 besteht. Der Mittelpunkt des Spannungsteilers ist über einen Widerstand 17 mit einer Wicklung 18 des Transformators 14 verbunden. Die Endpunkte dieser Wicklung 18 sind mit den Basiselektroden der Transistoren 11 und 12 verbunden. Bei der gezeigten Schaltung ist die Spannung an den Basiselektroden gegenüber den Spannungen der Kollektoren phasenverschoben, so dass an der Sekundärwicklung 19 des Transformators 14 die hochfrequente Wechselspannung abgenommen werden kann. Diese Wechselspannung wird über einen Ausgangstransformator 20 auf die Senderantenne 21 übertragen.
Um überprüfen zu können, ob der Sender einwandfrei arbeitet, kann eine weitere Sekundärwicklung 22 vorgesehen sein, an die beispielsweise eine Glimmlampe 23 angeschlossen ist.
Die Antenne 24 des Empfängers ist an ein Potentiometer 25 angeschlossen, dessen anderes Ende mit Masse verbunden ist, und dessen Schleifkontakt über einen Kondensator 26 mit der Basiselektrode des Transistors 27 einer ersten Verstärkerstufe verbunden ist. Zur Gewinnung der Spannungen für den Transistor 27 sind die Widerstände 28, 29, 30 und 31 vorgesehen. Die Ausgangsspannung des Transistors 27 gelangt über einen Widerstand 33 zu der Basis des Transistors 34 einer weiteren Verstärkerstufe. Zur Stabilisierung des Verstärkungsgrades dient der Gegenkopplungskondensator 35.
Die Ausgangsspannung des Transistors 34 gelangt zu der Primärseite eines Transformators 37, dessen Sekundärseite an die Basiselektroden von zwei als Gegentaktverstärker arbeitenden Transistoren 38 und 39 angeschlossen ist. Die Kollektoren der Transistoren 38 und 39 sind an die Primärseite eines weiteren Transformators 40 angeschlossen, dessen Sekundärsseite mit einem Doppelweggleichrichter 41 verbunden ist. Die an dem Ausgang des Doppelweggleichrichters erscheinende Gleichspannung ist von der Hochfrequenzenergie abhängig, die zu der Antenne 24 des Empfängers gelangt. Bei einer guten Kopplung zwischen den beiden Antennen ist die an dem Gleichrichter 41 erscheinende Spannung vergleichsweise hoch, während sie beispielsweise beim Auftreten eines geerdeten Hindernisses zwischen den beiden Antennen absinkt.
Zur Ausnützung der an dem Gleichrichter 41 erscheinenden Spannungsänderungen ist nun ein polarisiertes Relais 42 vorgesehen. Eine Wicklung dieses Relais ist beispielsweise über ein Messinstrument 43 direkt mit dem Gleichrichter 41 verbunden, während die zweite Wicklung an einen Endpunkt und den Abgriff bzw. Schleifer eines Potentiometers 44 angeschlossen ist, dessen Endpunkte an die Speiseleitungen 9 und 10 angeschlossen sind. Das Potentiometer 44 wird nun so eingestellt, dass bei den gegebenen Betriebsbedingungen das Relais in der Ruhelage bleibt, so dass die Kontaktzunge mit keinem Seitenkontakt in Berührung steht.
Die Kontaktanordnung des polarisierten Relais 42 ist schematisch bei 45 gezeigt; es ist zu ersehen, dass die an die Aussenkontakte angeschlossene Signalleitung 46 beim Ansprechen des Relais über einen Widerstand 47 mit der Signalleitung 10 verbunden wird.
Die Leitung 46 ist über ein Schaltkontakt 48 mit einem Relais 49 verbunden.
Bei allen Sicherungsanlagen wird im Alarmfalle vorzugsweise ein Ruhestromkreis unterbrochen, damit auch im Falle eines Durchtrennens der Leitung ein Signal ausgelöst wird. Im vorliegenden Fall liegt das Relais 49 gemeinsam mit dem Widerstand 50 in einem Ruhestromkreis; zu diesem Zweck ist der eine Anschluss der Relaiswicklung des Relais 49 an die eine Speiseleitung und das freie Ende des Widerstandes 50 - gegebenenfalls über ein Unterbrecherschalter 51 - an die andere Speiseleitung angeschlossen.
Ein mit 49' bezeichneter Ruhekontakt des Relais 49 schaltet nun die Alarmvorrichtungen, beispielsweise zwei Sirenen S und eine optische Anzeigevorrichtung 52 ein. Wird somit das Relais 49 zum Abfallen gebracht, werden die Alarmvorrichtungen durch den Kontakt 49' eingeschaltet.
Das Relais 49 wird nur dann zum Abfallen gebracht, wenn bei geschlossenem Schaltkontakt 48 das polarisierte Relais 42 anspricht. In diesem Fall wird der vergleichsweise niederohmige Widerstand 47 parallel zu der Wicklung des Relais 49 geschaltet, so dass die Spannung an dieser Wicklung absinkt und das Relais abfällt. Es ist zu ersehen, dass das den Alarm auslösende Relais 49 unabhängig davon zum Abfallen gebracht wird, ob die an der Antenne 24 des Empfängers erscheinende Hochfrequenzspannung ansteigt oder absinkt. In jedem Fall verschiebt sich das Gleichgewicht der beiden Wicklungen des polarisierten Relais, so dass die Kontaktzunge entweder an der einen oder an der anderen Seite an einen der feststehenden Kontakte anschlägt.
Die gezeigte Sicherungsanlage kann ohne weiteres mit anderen Sicherungsanlagen z. B. Einbruchssicherungsanlagen kombiniert werden, bei denen ein Ruhestromkreis zur Auslösung des Alarmes unterbrochen werden muss. Zur Andeutung dieser Kombinationsmöglichkeit ist der Unterbrecherkontakt 51 vorge- sehen; es ist ohne weiteres einzusehen, dass über das Relais 49 auch dann ein Alarm ausgelöst wird, wenn dieser Kontakt kurzzeitig unterbrochen wird. Damit ein einmal ausgelöster Alarm auch dann erhalten bleibt, wenn das Relais 49 wieder aufzieht, ist parallel zu der Alarmvorrichtung ein Relais 55 vorgesehen, von welchem ein mit 55' bezeichneter Arbeitskontakt parallel zu dem Kontakt 49' des Relais 49 liegt. Um einen einmal ausgelösten Alarm zurückzustellen, ist es somit erforderlich, den Schalter 6 kurzzeitig zu öffnen.
Bekanntlich ändern sich die Ausgangsspannungen von Akkumulatoren und auch von Netzgeräten kurzzeitig nach dem Einschalten. Die Spannung sinkt meistens nach dem Einschalten etwas ab, bis sich beispielsweise nach der Erwärmung von Strom durchflossenen Elementen eine Gleichgewichtsspannung eingestellt hat. Um im vorliegenden Fall zu verhindern, dass zufolge dieser Spannungsänderung nach dem Einschalten, d. h. nach dem Schliessen des Schalters 6 kein Alarm ausgelöst wird, ist ein Zeitschaltglied 56 vorgesehen. Dieses Zeitschaltglied kann als Zeitrelais oder als Thermozeitschalter ausgebildet sein. Nach einer vorgegebenen, vorzugsweise nicht unter 4 min liegenden Zeitspanne schliesst das Zeitschaltglied 56 den Kontakt 48, so dass erst mindestens 4 min nach dem Einschalten verstreichen müssen, bis ein Ansprechen des Relais 42 einen Alarm auslösen kann.
Zur Inbetriebnahme des Gerätes muss nach Erreichen des oben erwähnten Gleichgewichtszustandes das Potentiometer 44 so eingestellt werden, dass das polarisierte Relais 42 symmetrisch erregt ist. Anschliessend kann mit dem Potentiometer 25 die Empfindlichkeit bzw. die Ansprechschwelle der Anlage eingestellt werden. Wenn nun die Kopplung zwischen den Antennen 21 und 24 eine Änderung erfährt, spricht zuerst das Relais 42 und hierauf das Relais 49 an, wodurch der Alarm ausgelöst wird.
Nach dem Ansprechen des Relais 49 spricht auch das Relais 55 an, welches den Alarm aufrechterhält, und zwar unabhängig davon, ob die Alarmursache in der Zwischenzeit beseitigt worden ist oder nicht.
Selbstverständlich ist die Einstellung der Potentiometer 25 und 44 nur einmal erforderlich; die Justierung bleibt bei häufigem Ein- und Ausschalten immer erhalten. Zufolge des Zeitschaltgliedes 56 sind Fehlalarme auch kurz nach dem Einschalten nicht möglich.
Die beschriebene Anlage ist zufolge der Verwendung von Transistoren und von nicht abgestimmten Empfangs- bzw. Sendeorganen ausserordentlich empfindlich und zuverlässig.
Electrical security system with a transmitter for emitting electromagnetic waves
The present invention relates to an electrical security system comprising a transmitter for emitting electromagnetic waves and a receiver which is responsive to changes in the intensity of the received waves.
If the coupling between the antenna of the transmitter and the antenna of the receiver changes in such systems, for example because an unauthorized person enters the area to be protected or secured, the receiver responds and triggers an alarm, for example
Since in systems of this type the voltage generated by the electromagnetic field at the receiving electrode is very small and the interference effect caused by a person entering the field is also extremely weak, especially if the person entering is very well isolated from earth, for example by thick rubber soles the general interference level of the system can be kept extremely low, so that the useful impulse from the person disturbing the field has the required level compared to the interference level.
In the previous devices of the type mentioned above, this condition could only be met with considerable difficulty due to the use of electron tubes. This is due to the fact that the interference level is given by the strong emission changes of the heated cathodes with fluctuations in the heating voltage as well as fluctuations in the grid and anode voltages, these fluctuations in turn being due to fluctuations in the mains voltage. In fuse systems of this type with electron tubes, therefore, a great deal of effort has to be made to stabilize the supply voltage, even if the supply voltage is taken from an accumulator battery that is continuously buffered with a mains charger.
In this case, the effort in the supply part is increased by the inverter for generating the anode voltage.
It is now the purpose of the present invention to provide an improved security system of the type mentioned.
The security system according to the present invention is characterized in that transistors are used in the transmitter and in the receiver as vibration-generating or amplifying elements and electronic means are used to stabilize the supply voltage.
In such a security system, the transmitter is preferably designed as a blocking oscillator, while the receiver is designed as an aperiodic receiver so that minor fluctuations in the frequency of the transmitter do not trigger an alarm.
Furthermore, the receiver is preferably designed in such a way that it responds both to an amplification and to a weakening of the coupling between the transmitter and receiver antenna. If a person who is well insulated from earth enters the space between the two antennas, the energy absorbed by the receiver may be amplified. The measure mentioned ensures that the recipient will respond in any case.
Finally, the security system can have time switching means which only allow a response a few minutes after the supply voltage has been switched on. This measure ensures that the voltage changes occurring shortly after switching on - for example when using an accumulator as the voltage source - cannot trigger a false alarm.
The invention is to be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment using the accompanying drawing:
The safety system shown as a line diagram in the accompanying drawing consists of a transmitter, a receiver and a power supply and switching unit.
The power supply and switching part can be connected to the technical AC voltage network, for example, and has a power transformer 1, the secondary winding of which is connected to an all-wave rectifier 2. A mains switch 3 is provided in the usual way on the primary side of the transformer. A smoothing capacitor 4 is connected to the direct current side of the rectifier 2. The feed accumulator 5 is located parallel to the capacitor 4 - possibly with the interposition of a switch. The accumulator is thus in a buffer circuit, i.e. H. On the one hand, it is continuously fed by the network, but on the other hand, it is able to keep the safety system in operation as the only voltage source.
The series connection of a resistor 7 and a Zener diode 8 is parallel to the accumulator 5 via a switch 6. The actual supply voltage for supplying the transmitter and receiver is now taken from this Zener diode, since the voltage across it remains practically constant; all changes in the supply voltage of the accumulator 5 appear in the circuit shown at the resistor 7. The supply voltage taken from the Zener diode is now transmitted through lines 9 and 10 to the transmitter.
The transmitter, which is housed in a shielded housing in the same way as the power supply and switching part, contains two transistors 11 and 12 which are connected as blocking oscillators. The collector electrodes are connected to the first primary winding 13 of a transformer 14, the means of which is connected to the feed line 10 at a tap.
The emitter electrodes of the transistors 11 and 12 are connected to the feed line 9. The potential for the base electrodes is obtained by a voltage divider which consists of resistors 15 and 16. The midpoint of the voltage divider is connected to a winding 18 of the transformer 14 via a resistor 17. The end points of this winding 18 are connected to the base electrodes of the transistors 11 and 12. In the circuit shown, the voltage on the base electrodes is out of phase with the voltages of the collectors, so that the high-frequency alternating voltage can be picked up on the secondary winding 19 of the transformer 14. This alternating voltage is transmitted to the transmitter antenna 21 via an output transformer 20.
In order to be able to check whether the transmitter is working properly, a further secondary winding 22 can be provided to which, for example, a glow lamp 23 is connected.
The antenna 24 of the receiver is connected to a potentiometer 25, the other end of which is connected to ground, and the sliding contact of which is connected via a capacitor 26 to the base electrode of the transistor 27 of a first amplifier stage. Resistors 28, 29, 30 and 31 are provided in order to obtain the voltages for transistor 27. The output voltage of the transistor 27 reaches the base of the transistor 34 of a further amplifier stage via a resistor 33. The negative feedback capacitor 35 serves to stabilize the gain.
The output voltage of the transistor 34 reaches the primary side of a transformer 37, the secondary side of which is connected to the base electrodes of two transistors 38 and 39 operating as push-pull amplifiers. The collectors of the transistors 38 and 39 are connected to the primary side of a further transformer 40, the secondary side of which is connected to a full-wave rectifier 41. The DC voltage appearing at the output of the full wave rectifier is dependent on the high frequency energy that reaches the antenna 24 of the receiver. With a good coupling between the two antennas, the voltage appearing at the rectifier 41 is comparatively high, while it drops, for example, when a grounded obstacle occurs between the two antennas.
A polarized relay 42 is now provided in order to utilize the voltage changes appearing at the rectifier 41. One winding of this relay is connected directly to the rectifier 41 via a measuring instrument 43, for example, while the second winding is connected to an end point and the tap or wiper of a potentiometer 44, the end points of which are connected to the feed lines 9 and 10. The potentiometer 44 is now set so that under the given operating conditions the relay remains in the rest position so that the contact tongue is not in contact with any side contact.
The contact arrangement of the polarized relay 42 is shown schematically at 45; It can be seen that the signal line 46 connected to the external contacts is connected to the signal line 10 via a resistor 47 when the relay responds.
The line 46 is connected to a relay 49 via a switching contact 48.
In all security systems, a closed circuit is preferably interrupted in the event of an alarm so that a signal is triggered even if the line is cut. In the present case, the relay 49 is together with the resistor 50 in a closed circuit; For this purpose, one connection of the relay winding of the relay 49 is connected to the one feed line and the free end of the resistor 50 - possibly via an interrupter switch 51 - is connected to the other feed line.
A normally closed contact of the relay 49 labeled 49 'now switches on the alarm devices, for example two sirens S and a visual display device 52. If the relay 49 is thus made to drop out, the alarm devices are switched on by the contact 49 '.
The relay 49 is only made to drop out when the polarized relay 42 responds when the switching contact 48 is closed. In this case, the comparatively low resistance 47 is connected in parallel to the winding of the relay 49, so that the voltage on this winding drops and the relay drops. It can be seen that the relay 49 which triggers the alarm is caused to drop regardless of whether the high-frequency voltage appearing at the antenna 24 of the receiver rises or falls. In any case, the equilibrium of the two windings of the polarized relay shifts, so that the contact tongue hits one of the fixed contacts either on one side or on the other.
The security system shown can easily be used with other security systems z. B. burglar alarm systems can be combined in which a closed circuit must be interrupted to trigger the alarm. The interrupter contact 51 is provided to indicate this possible combination; it can be readily seen that an alarm is triggered via the relay 49 even if this contact is briefly interrupted. So that an alarm that has been triggered is also retained when the relay 49 picks up again, a relay 55 is provided parallel to the alarm device, of which a normally open contact labeled 55 'is parallel to the contact 49' of the relay 49. In order to reset an alarm that has been triggered, it is therefore necessary to briefly open the switch 6.
It is known that the output voltages of accumulators and also of power supplies change briefly after switching on. The voltage usually drops a little after switching on until, for example, after the heating of elements through which current flows, an equilibrium voltage has been established. In order to prevent in the present case that as a result of this voltage change after switching on, i. H. After the switch 6 has been closed, no alarm is triggered, a timer 56 is provided. This time switch element can be designed as a time relay or as a thermal time switch. After a predetermined period of time, preferably not less than 4 minutes, the timer 56 closes the contact 48 so that at least 4 minutes must elapse after switching on before the relay 42 can trigger an alarm.
To start up the device, after the above-mentioned state of equilibrium has been reached, the potentiometer 44 must be set so that the polarized relay 42 is symmetrically excited. The sensitivity or response threshold of the system can then be set with the potentiometer 25. If the coupling between the antennas 21 and 24 changes, the relay 42 responds first and then the relay 49, which triggers the alarm.
After the relay 49 responds, the relay 55 responds and maintains the alarm, regardless of whether or not the cause of the alarm has been eliminated in the meantime.
It goes without saying that the potentiometers 25 and 44 only need to be set once; the adjustment is always retained if the device is switched on and off frequently. As a result of the timer 56, false alarms are not possible even shortly after switching on.
The system described is extremely sensitive and reliable due to the use of transistors and unmatched receiving or transmitting organs.