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A 1 arm a n 1 a g e Die Erfindung betrifft eineAlarmanlage, die bei
Ännäherung oder Eintritt in den Warnbereich anspricht. Die Erfindung bezieht sich
insbesondere auf ein System zur Feststellung des Eindringens Unbefugter.
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Systeme zur Feststellung des Eindringene Unbefugter sind bekannt
und im Augenblick für militärische oder indu-strielle Zwecke allgemein im
Gebrauch. Bei solchen Syste-men ist es allgemein üblich, von der Radartechnik
Gebrauch zu machen, wobei der Ein- oder Austritt eines Gegenstandes
im Bereich zwischen einem Hochfrequenzsender und einem Hochfrequenzempfänger
das Signal aus dem Gleichgewicht
bringt, das normalerweise
bei Abwesenheit solcher Gegen-
stände empfangen wird. Eine solche
Anzeige ergibt sieh,
wenn ein Gegenstand, beispielsweise also
Personen, durch das Hochfrequenzfeld des Senders tritt. Bei derartigen Systemen
würde es vorteilhaft sein, die gesamte Überwachungskette innerhalb einer ausfallsicheren
Schleife zu haben, so daß sich das gesamte System fortwährend selbst überwacht.
Auf diese Weise könnten die von Hand durchzuführenden Prüfungen ausgeschaltet werden,
die dazu dienen, festzustellen, ob das System in Betrieb ist und ob das System ordnungsgemäß
arbeitet. Außerdem wäre es vorteilhaft, nicht nur die obengenannten Erfordernisse
zu erfüllen, sondern gleichzeitig die Schaltung zu vereinfachen, die von selbst
eine Herabsetzung des Systems kompensieren würde.
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. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes
System zur Feststellung des Eindringens von Gegensthnden zu schaffen, das ein einheitliches
logisches Alarmsystem aufweist, das vereinfachte logische Schaltungen zur Erzielung
der vorgeschilderten Nachteile aufweist, und
das vor allem eine vereinfachte
logische Alarmschaltung aufweist, über die sich das gesamte System fortwährend
selbst überprüft- und durch die Sehwellwerteigensehaften* bei der
Feststellung einführt und eine Herabsetzung des Systeme kompensiert wird.
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch einen Hochfrequenzempfänger,
durch einen Mitnahmekreis, der mit dem Hochfrequenzempfänger gekoppelt ist und eine
Hysteresecharakteristik, durch einen ersten Wechselstrom/ Gleichstromwandler, der
mit dem Mitnahmekreis gekoppelt ist und ein erstes Signal in Abhängigkeit von Wechselsignalen
entgegengesetzter Polarität von dem Mitnahmekreis erzeugt, durch einen zweiten Wechselstrom/Gleichstromwandler,
der mit dem Hochfrequenzempfänger gekoppelt ist und ein zweites Signal erzeugt,
wenn die Amplitude des Ausgangssignals des Hochfrequenzempfängers größer als ein
vorbestimmter Schwellenwert ist, und durch eine Alarmeinrichtung, die mit jedem
der beiden Wandler gekoppelt ist und anspricht, wenn das zweite Signal vorhanden
oder das erste Signal nicht vorhanden ist und ein Alarmsignal abgibt.
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Bei der Erfindung werden also die eingangs geschilderten
Nachteile durch die Verwendung vereinfachter logischer Netz-werke
vermieden, in denen die Informationssignale durch einen Hochfrequenzempfänger demoduliert
und gleichzeitig einer 8echteekwellen erzeugenden Schaltung mit Histereseeigenschaften,
beispielsweise ein Schmitt-Trigger, und schließlich einem Wechselstrom/Gleichstromwandler
zugeführt werden. Der den Schmitt-Trigger nachfolgende Ausgangskreis ist
außerdem mit einem zweiten Wechselstrom/Gleichstromwandler verbunden.
Die Hiaterese.de8 Schmitt-Trigger-Kreises ist so bemessen,
daß
solang, wie die *aplitude des empfangenen Signale größer
als
der Hysteresewert ist, kein Ungleichgewicht auf Grund der Anwesenheit eines Eindringlings
auftritt, die Ausgangsspannung des an den Schmitt-Trigger angeschlossenen Wandlers
wird im wesentlichen konstant bleiben. Gelangt ein Eindringling in das durch den
Hochfrequenzsender erzeugte Feld, so tritt eine Verschiebung des an den Eingang
des Schmitt-Triggers gelegten Signals ein, so daß das angelegte Signal nicht länger
die wiederholte Mitnahme der Mitnahmeschaltung bewirkt. An den Wandler ist ein Alarmdetektor
und eine Anzeigeschaltung angekoppelt, bei einer Ausführungsform der Erfindung ist
das Betriebspotential für den Alarmdetektor und das Anzeigenetzwerk direkt von dem
Wechselstrom/Gleichstromwandler abgeleitet. Fällt somit die Spannung von dem zweiten
Wandler unter einen vorbestimmten Schwellenwert, so wird eine Anzeige bewirkt. Das
System beruht auf dem Prinzip der Ausfallsicherheit, so daß dann, wenn der Schmitt-Trigger
nicht das erforderliche untere Grenzeignal erhält, das Anzeigenetzwerk nicht mit
ausreichendem Betriebspotential versorgt und ein Alarmsignal erzeugt wird.
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Der erste, direkt mit dem Ausgang den Hochfrequenzempfängers verbundene
Wechselstrom/Gleichstromwandler ist in gleicher Weine mit dem Alarmdetektor
und mit dem Anzeigenetzwerk verbunden, jedoch ist seine Spannung in
bezug zu
der Ausgangsspannung des Wandlers umgekehrt, der
mit dem .Schmitt-Trigger gekoppelt ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß dann,
wenn die Amplitude des Ausgangssignals des Hochfrequenzempfängers einen gewissen
Schwellenwert übersteigt, wie das bei Empfang eines feindlichen Gegenmeßaignals
der Fall sein würde, die von dem Wandler erzeugte Spannung mit entgegengerichteter
Polarität die Erregung des Alarmdetektors und des Anzeigenetzwerkes bewirkt. Bei
einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Netzwerk zur Spannungsverdoppelung
und zum Filtern für die Wechselstrom/ Gleichstromwandler verwendet.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher
erläutert werden:
Big. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer zweckmäßigen Austtihrungsform
der Erfindung,
äig. 2 zeigt ein Schaltbild den Mitnahmekreiaen
und den
Netzwerken zur Spannungsverdoppelung, wie nie bei
dem
Blockschaltbild gem. Big. 1 verwendet nind, Big. 3 zeigt ein
Schaltbild einen Netzwerkes zur Spannungnverdoppelung und der
äilterung zur Verwendung bei
dem STntem gem. 71g. 1,
Fig.
4 zeigt eine Schaltung, die auf Signale der Schaltungen gem. Fig. 2 und 3 anspricht
und die dem Alarmdetektor und dem Anzeigenetzwerk gem. Fig. 1 entspricht, Fig. 5
ist eine Darstellung der Eingangs- und Ausgangssignale des Schmitt-Triggers gem.
Fig. 1, und Fig. 6.verdeutlicht die Form eines Signals, das der Hochfrequenzempfänger
dem Alarmnetzwerk in dem System gem. Fig. 1 in typischer Weise anbietet.
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In Pig._1 ist ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgestalteten
Systpms zur Feststellung von Eindringlingen im Blockschaltbild dargestellt. Das
System weist einen Hoohfrequenzaender mit einer Antenne 11 auf, die einen
Strahl 12 von Hoehfrequenzenergie auf eine Antenne 13 richtet, die einem
Hochfrequenzen$empfänger 14 zugeordnet ist. In der Praxis moduliert ein Niederfrequenzeignal
das Hochfrequenzsignal,@und der Hochfrequensempfänger 14 demoduliert
das Empfangssignal und leitet es als
Signal 15 an
einen Mitnahmekreis 16 und einen Weehseletrom/ 6leiohetromwandler,
der als Spannungsverdoppeler 1? mit-Piltereigenechaften dargestellt ist. Das
Signal 15 ist
ein Weehselstromsignal mit fester lmplitude,
das von einer
Gleichspannung überlagert ist. Bei der Ausführungsform
gem. Fig. 1 ist der Mitnahmekreis 1.6 ein Schmitt-Trigger, der auf das Signal 15
anspricht und ein Rechtecksignal 18
an einen zweiten Wechselstrom/Gleichstromwandler
abgibt, der als Spannungsverdoppeler 19 mit Filtereigenschaften angegeben ist. Die
Ausgänge der beiden Spannungsverdoppeler 17 und 19 sind mit einem Netzwerk 20 zur
Feststellung und Anzeige gekoppelt. Das Nezwerk 20 ist so ausgelegt, daß dann, wenn
es kein Signal von dem Spannungsverdoppeler 19 erhält, oder wenn es ein Signal von
dem Spannungsverdoppeler 17 erhält, eine Sicht--oder Höranzeige erfolgt.
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Wie das nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird, ist der Schmitt-Trigger
16 in passender Weise vorgespannt, so daß er Rechteckimpulse so lange an den Spannungsverdoppeler
19 abgibt, wie das anliegende Signal 15 abwechselnd durch die beiden Histeresegrenzwerte
des Schmitt-Triggers abläuft. Solange dies geschieht, erzeugt der Spannungsverdoppeler«19
einen Ausgangsgleichstrom von im wesentlichen konstanter Amplitude für das Netzwerk
20. Tritt ein fremder Gegenstand in den Pfad zwischen den beiden Antennen 11 und
13 ein, oder wird er daraus entfernt, so tritt eine Verschiebung des an den Schmitt-Trigger
16 geführten Signale
| 15 auf, so daß die wiederholte Mitnahme des Schmitt-Triggers |
| ' leich |
| aussetzt. Die Betriebq/,3$annung für das Netzwerk 20 zur |
Feststellung und Anzeige eines Alarmzustandes
wird dann
durch den Spannungsverdoppeler 19 nicht
weiter erzeugt,
so daß ein Alarmsignal
abgegeben wird. Fällt in entsprechender Weise der Spannungspegel der von dem Hochfrequenzempfä,nger
14 empfargnen Signale unter einen bestimmten Schwellenwert, so liefert der Spannungsverdoppeler
@19 nicht weiter das erforderliche Betriebspotential für
das
Netzwerk 20,
so daß ein ununterbrochenes Alarmsignal abgegeben wird. Der Spannungsverdoppeler
17 liefert für den Fall ein Alarmsignal an das Netzwerk 20, in dem die Amplitude
des Signale 15, das daran anliegt, einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Das wird in dem Augenblick
der
Fall sein, da entgegenwirkende Maßnahmen
von irgend jemanden
unternommen würden, der sich Zugang zu dem Gebiet vereehaffen
will, das von dem System genchützt'ist.
Wahrend des nor-
malen Betriebes,
das ist ohne die Anwendung
von taktischen
Gegenmaßnahmen, bewirkt
der Spannungeverdoppeler
17 keine
Erregung
des Netzwerkes 20 zur
Erzeugung
eines Alarm-
und
Anzeigesignals.
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In Fig. 2 ist genauerrdie Schaltung den Behmitt-Trigger-Kreises
und den Spannungeverdoppelers 19 mit Piltereigensohaften gem. Figur
1 dargestellt. Der Bohmitt-Trigger hat die
herkömmliche Form
und weist NPX-Transistoren 25 und 26 auf,
deren Emitter
durch einen Widerstand 27 untereinander vor-
Bunden
sind, wobei der Emitter des Transistors 25 über den Widerstand 28 mit einem allgemeinen
Bezugspotential verbunden ist, das als Masse oder Massepotential bezeichnet
wird. Das Betriebspotential wird von einer Batterie 29 geliefert, die über
Kollektorwiderstände 31 und 32 mit den Kollektoren der Transistoren 25 und 26 verbunden
ist. Zwischen dem Kollektor des Transistors 25 und der Basis des Transistors
26 liegt ein Vorwiderstand 33. Durch Widerstände 34 und 35 ist ein Spannungsteiler
gebildet, wobei der Verbindungspunkt der beiden mit der Basis des Transistors 25
verbunden ist, um die Schaltung in die Anfangs-Betriebslage zu bringen. Es mag vorteilhaft
sein, die Vorspannung für die Schmitt-Schaltung an einem weiter vorn liegenden Punkt
des Systeme einzufügen, beispielsweise in dem Hochfrequenzempfänger 14. In jedem
Falle ist das an die Basis den Transistors 25 angelegte Signal ein festes Wechselepannungsignal,
das durch eine Gleichspannung angehoben ist, die sich nach oben (positiv)
und nach unten (negativ) bei Eindringen eines Unbefugten in das Hoehfreqwenzfeld
verschiebt. Das bedeutet, daß die bei Eindringen eines Eindringlinge in das Feld
erzeugte Änderung gleich
der ist, die sich durch langsamen
Ändern des Widerstandes
35 ergeben würde.
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Die an den Transistor 25 angelegte Vorspannung
wird auf die
yitte zwischen den beiden Mitnahmepegeln
der Scehmitt-
Schaltung eingestellt. Erhält eine Eingangsklemme
38 das wechselnde Signal 15 bei Abwesenheit eines Eindringlings, so wird die Basis
des Transistors 25 zunächst in einem bestimmten Ausmaß in das Positive gesteuert,
so daB der Transistor 25 leitend ist, dann wird er in das Negative gesteuert, so
daß der Transistor 26 leitet. Wie das typisch für eine Schmitt-Trigger-Schaltung
ist, bleibt der Transistor 25 leitend, nachdem er in die leitende Schaltlage gebracht
ist, und der Transistor 26 bleibt nichtleitend, obwohl der Pegel des Signals 15
bis zu einem Punkt verringert ist, der unter dem anfänglichen Signal liegt, das
den Transistor 25 zum Zeiten gebracht hat. Wird das Potential des an die
Basis 25 angelegten Signals weiter verringert, so kehren sich dis. Zeitungszustände
um. Das ist genauer aus den in Fig. 5 dargestellten Kurvenformen zu ersehen. Bei
der Schaltung gem. Fig. 2 ist der Kollektor des Transistors 26 über einen Widerstand
40 mit der Basis eines
PNP-Tranaistors 41 verbunden, dessen Emitter
mit der positiven Klemme der Batterie 29 und dessen Kollektor über einen
Widerstand 42 mit Manne verbunden sind. Die Anordnung ist so
getroffene
daß solange, wie die Basis des Transistors 25 . wiederholt über
und unter die Hyeteresespannungepegel zu
beiden Seiten des Vorepannungepegels
gesteuert wird, die
Spannung an dem Kollektor des Transistors
41 einem Rechteck-
wellenzug folgt, wie er mit der Bezugsziffer
18 bezeichnet
ist.
Ein Kondensator 45 deb Spannungsverdoppelers
19 ist mit dem Kollektor des Transistors 41 verbunden. Dioden 46 und 47 bilden
zusammen mit einem Widerstand 48 und einem Kondensator 49 des Rest des Spannungsverdoppelern
in einer Schaltanordnung, wie sie allgemein bekannt ist. Solange der Transistor
41 wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, wird eine Ausgang$klemme
50 auf einem positiven Gleichspan.nungspegel gehalten, der ausreicht, den Alarmdetiektor
in der in Fig. 4 gezeigten Weise in Betrieb zu setzen. Der Spannungsverdoppeler
17 gem. Fig. 3 ist aus Kondensatoren 55 und 59, Dioden 5& und 57 und einem Widerstand
58 aufgebaut, und zwar in völlig gleicher Weise wie der Spannungsverdoppeler 19,
mit der Ausnahme, daß eine Ausgangsklemme 60 der Schaltung gem. Fig. 3 bei Anliegen
eines ankommenden Signals 15 negativ wird.
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In Fig. 4 ist eine zweckmäßigeSchaltung für ein Netzwerk 20 zur Pestetellung
und Anzeige eines Alarmzustandes dargestellt. Die Schaltung weist
PNP-Transistoren 70 und 71 auf, deren Bitter jeweils über Dioden 72 und 73 mit der
Ausgangsklemme 50 des Spannungsterdoppelers 19 verbunden
sind. Die Kollektoren sind jweils über Kollektorarbeitswiderstände
74 und 75 mit Masse verbunden. Die Basis des
Transistors 70 ist über
einen Widerstand 76 mit der Ausgangakle»e 60 des ersten Spannungsverdoppelers
17 und außerdem über den Widerstand 77 mit dem Kollektor des
Transistors
71 verbunden. Die Basis des Transistors 71 ist über einen Widerstand 79 geerdet
und außerdem über den Kondensator 80 mit dem Kollektor des Transistors 70 gekoppelt.
Die Anordnung ist so getroffen, daß der Transistor 71 normalerweise solange leitend
ist, wie ein Betriebspoüntial von dem Spannungsverdoppeler 19 an die Ausgangsklemme
50 gelar# und die Ausgangsklemme 60 nicht mit einem überlagernden nagativen Signal
von dem Spannungsverdoppeler 17 gespeist ist. Die Basis eines dritten Transistors
81 ist über einen widerstand 82 mit dem Kollektor des Transistors 71 verbunden,
und sein Emitterkreis ist direkt mit Masse verbunden. Der Kollektor des Transistors
81 ist mit der Ausgangsklemme 50 über eine Relaiswicklung 84 verbunden, zu der eine
Schutzdiode 83 parallel geschaltet ist. Der Transistor 81 ist normalerweise leitend,
und demgemäß sind durch eine Relaiswicklung 84 gesteuerte Kontakte 85, die geschlossen
sind, außer Betrieb gehalten. Gelangt an die Ausgangsklemme 50 kein ausreichendes
Betriebspotential, so bleibt die haltende Relaiswicklung 84 entregt, und obwohl
an der Ausgangsklemme 50 ein Betriebspotential anliegt, hält ein auftretenden überlagerndes
negativen Signal an der Ausgangsklemme 60 den Transistor 70 in leitendem Zustand.
Das wiederum bewirkt, daß die Transistoren 71 und 81 nichtleitend werden
und sich die
Kontakte 85 öffnen. Die Alarmanzeigeeinrichtung 86 kann von irgendeiner
bekannten Bauart nein, es kann zum Beispiel ein Blitzlicht oder ein akustisches
Signal sein, das durch
Öffnen der Kontakte 85 eingeschaltet wird.
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In Fig. 6 ist zum Zwecke des besseren Verständnisses eine typische
Wellenform des an den in Schmitt-Trigger-Schaltung geschalteten Mitnahmekreis 16
gelangende Signal 15 dargestellt. Es sei angenommen, daß die Vorspannung für die
Schmitt-Trigger-Schaltung gewellt ist, daß die Schaltung einen Hystereseverlauf
hat, wie er mit dem Buchstaben "B" bezeichnet ist, und daß die Stärke des Signals,
das durch feindliche Gegenmaßnahmen erzeugt ist, den Wert entsprechend "A" hat.
Es ist ersichtlich, daß während des Zeitintervalls T1, in deidkein Eindringen in
das System vorliegt, das eingehende Signal 15 wiederholt durch die oberen und unteren
Schwellenwerte zur Mitnahme des Schmitt-Trigger-greises läuft. Somit erzeugt der
Spannungsverdoppeler 19 an,de-Ausgangsklemme 50 das notwendige Betriebspotential,
um die Kontakte 85 geschlossen zu halten. Es ist angenommen, daß während des Zeitintervalles
T2 die feindlichen Gegenmaßnahmen erfolgen, so daß die Stärke des eingehenden Signals
15 praktisch bis zu einem Punkt ansteigt, daß der Spannungsverdoppeler 17
ein vorhandenes negatives Signal an die Aus-
gangsklemme 60 abgibt, das den
Transitor 72 in den leitenden Zustand und die Transistoren 71 und 81 in den nichtlei-tenden
Zustand bringt. Somit öffnen sich die Kontakte 85 in-der zuvor beschriebenen Weise.
Für
das Zeitintervall T3 ist angenommen, daß ein Eindringling in das Hochfrequenzfeld
eingetreten ist, uns somit wird, obwohl die Wechselspannungskomponente des Ausgangssignals
des Empfängers konstant bleibt, der Gleichspannungspegel der Basis des Transistors
25 nach oben bis zu einem Punkt geschoben, bei dem das Wechselspannungsignal nicht
wiederholt durch die erforderlichen Mitnahmepegel der Schmitt-Trigger-Schaltung
läuft. Die Schmitt-Trigger-Schaltung bleibt daher in einer ihrer beidenSchaltzustände,
eo daß das an den Spannungsverdoppeler 19 gelieferte Rechtecksignal 18 endet. Somit
ist das zur Verhinderung eines Alarms durch das Netzwerk 20 erforderliche Betriebspotential
nicht länger vorhanden. In gleicher Weise wird während des Zeitintervalles T4 die
Schmitt-Trigger-Schaltung nicht zum Arbeiten gebracht, und zwar auf Grund
einer Verschiebung des Signalpegels nach unten bewirkt durch einen Eindringling,
und es wird ein Alarmeignsl erzeugt. Die Verschiebung der Vorapannung des
Transistors 25 nach oben und unten auf Grund der Anwesenheit eines Eindringlings
sei kurz als positives und negatives Eindringen bezeichnet. Wenn natürlich ein Eindringling
in das Feld eindringt und sich hindurchbewegt, eo treten na-
türlich
positive und negative Änderungen in dem Gleichapannungspegel an der Basis
des Transistors 25 auf, wie sich das aus Figur 6 ergibt.
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Während der Zeit zwischen den Zeitintervallen T4
und T5
fällt die Amplitude des Signals 15 ab, und trotzdem
reicht die Signalstärke aus, um eine wiederholte Mitnahme der Schmitt-Trigger-Schaltung
zu bewirken. Bei dem Syßtem_gem. der Erfindung steigt die Empfindlichkeit des Systems
an, wenn die Signalstärke abfällt. Das bedeutet, daß, wenn die Spannung von Spitze
zu Spitze des ausfallsicheren Signals FF,s Volt ist, und wenn die Histerese der
Schmitt-Trigger-Schaltung Vh Volt ist, die zur Erzeugung eines Alarms erforderliche
Verschiebung des Eingangssignals nach oben oder unten bei Eindringen in das Feld
vfle 2h Volt ist. Wird die Empfindlichkeit des Systems auf 50 Prozent der
normalen Empfindlichkeit herabgesetzt, so ist das erforderliche Signal bei Eindringen
nur ungefähr halb so groß wie das zuvor erforderliche Signal. Wenn somit die Verstärkung
des Signals abfällt, steigt die Empfindlichkeit an, bis der Punkt erreicht ist,
an dem die Empfindlichkeit des Systems so groß ist, daß sich das System fortwährend
im Alarmzustand befindet. Das ist in Fig. 6 für das Zeitintervall T5 dargestellt,
wo sich das System fortwährend im Alarmzustand befindet.