DE2650235A1

DE2650235A1 - Miniaturised electrometer type intruder alarm - uses copper wire electrodes connected to high gain amplifier

Info

Publication number: DE2650235A1
Application number: DE19762650235
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Phys Ing Borenski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-11-02
Filing date: 1976-11-02
Publication date: 1978-05-11

Abstract

The electrometer-based intruder alarm detects variations in the natural electrostatic field caused by moving electrically-conducting bodies. The detector comprises two electrometer electrodes of copper wire some 40 mm long and 0.4 mm dia. connected via filters to the inputs of a high-gain amplifier having a high input impedance. The filters are chosen to eliminate possible sources of interference. The detector can be miniaturized by the use of integrated circuits and supplied from a dry battery. The output stage drives a relay which operates an alarm circuit. The detector may be incorporated in existing electronic equipment having a l.f. amplifier stage and loudspeaker such as a portable radio or t.v. receiver.

Description

Elektrometrisches Verfahren zur Überwachung und Anzeige derElectrometric method for monitoring and displaying the

Bewegung von elektrisch leitenden Körpern Zweck: Das nachfolgend beschriebene elektrom etrische Verfahren soll als Grundlage für die Herstellung von neuartigen passiven, fehlalarmsicheren und installationsfreien, mobilen Überwachungs-und Alarmgeräten dienen, weiche die Bewegung von elektrisch leilenden Körpern, insbesondere Personen, anzeigen sollen.Movement of Electrically Conductive Bodies Purpose: The one described below electrom etric process is intended as the basis for the manufacture of novel passive, false alarm-proof and installation-free, mobile monitoring and alarm devices serve, soft the movement of electrically conductive bodies, especially people, should show.

Stand der Technik: Aus der Sicherungstechnik sind bis heute die folgenden Verfahren zur Erstellung räumlich wirkender Bewegungs- und Annäherungsmelder bekannt: RADAR-Bewegungsmelder Prinzip: Eine Antenne strahlt ein Hochfrequenzfeld konstanter Frequenz ab. Bei Bewegung im Wirkungsbereich des Systems tritt eine Frequenzverschiebung (Dopplereffekt) auf, die als Alarmkriterium dient.State of the art: From security technology to this day, the following are Process for creating spatial motion and proximity detectors known: RADAR motion detector principle: An antenna emits a high frequency field more constantly Frequency. When there is movement in the effective area of the system, a frequency shift occurs (Doppler effect), which serves as an alarm criterion.

Nachteile: Nicht nur-die Bewegung von Personen, sondern auch die von Gegenständen in der Größenordnung ab einigen Kubikzentimetern lösen den Alar:-: aus. Fehlalarmanfällig! Die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen durchdringen im übrigen nichtmetallsiche Trenn- und Außenwände, so daß auch Bewegungen von Objekten außerhalb der zu überwachenden Räumlichkeiten zu Fehlalarmen führen können. Abhilfe: Teure metallische Abschirmungen. Auch ist das RADAR-Feld mit geeigneten Mitteln leicht zu orten.Disadvantages: Not only-the movement of people, but also that of Objects in the order of a few cubic centimeters trigger the alarm: -: the end. Prone to false positives! The high frequency electromagnetic waves penetrate otherwise non-metallic partitions and outer walls, so that too Movements from objects outside the premises to be monitored lead to false alarms can. Remedy: Expensive metallic shields. The RADAR field is also suitable Means easy to locate.

Ultraschall-Bewegungsmelder Pri@zip: Ein @eramischer oder elektroma@netischer Schwinger sendet ein Ultraschallsignal konstanter Frequenz aus. Bei Bewegung von Personen und auch schon relativ sehr kleinen Gegenständen (wie z.B. Preisschilder) ergibt sich wiederw- nach delil Dopnlereffekt eine Frequenzversch@@ebung, die als Alarmkriterium dient.Ultrasonic motion detector Pri @ zip: A ceramic or electro-magnetic The transducer sends out an ultrasonic signal of constant frequency. When moving from People and even relatively very small objects (such as price tags) again after the Dopner effect there is a frequency shift, which as Alarm criterion is used.

Nachteile: Bekannterweise sind Ultraschallbewegungsmelder extrem fehlalarmanfällig. Schon geringe Luftbewegungen (z.B. über Heizkörpern), Bewegungen von Gardinen, Verpackungsmaterial usw.Disadvantages: It is well known that ultrasonic motion detectors are extremely prone to false alarms. Even slight air movements (e.g. via radiators), movements of curtains, packaging material etc.

lösen Fehlalarme aus. Mit geeigneten Mitteln ist das Ultraschallfeld leicht u orten.trigger false positives. With suitable means the ultrasonic field is easy to locate.

Annäherungsmelder nach dem Hochfrequenzprinzip Prinzip: Eine Antenne strahlt ein Hochfrequenzfeld konstanter Frequenz und Amplitude ab. Sich nähernde Personen bedämpfen den betr. Schwingkreis. Das daraus erfolgende Absinken der Amplitude der Hochfrequenzschwingung dient als Alarmkriterium.Proximity detector based on the high frequency principle Principle: One antenna emits a high frequency field of constant frequency and amplitude. Approaching People dampen the relevant oscillating circuit. The resulting decrease in amplitude the high frequency oscillation serves as an alarm criterion.

Nachteile: Umfangreiche Spezialantennen sind erforderlich.Disadvantages: extensive special antennas are required.

Hohe Störstrahlungen sind kaum zu vermeiden. Da das HF-Feld nichtmetallische und gemauerte Wände durchdringt, sind teure Abschirmungsmaßnahmen notwendig, um Fehlalarme zu verhindern.High levels of interference radiation can hardly be avoided. Since the RF field is non-metallic and penetrating brick walls, expensive shielding measures are necessary in order to Prevent false positives.

Das HF-Feld ist mit geeigneten Mitteln leicht zu orten.The HF field is easy to locate with suitable means.

Annäherungsmelder auf kapazitiver Basis Prinzip: Nähert sich eine Person der erforderlichen Feldplatte, so ergibt sich eine Kapazitätsänderung des "Kondensators" Person-Feldplatte, die als Alarmkriterium dient.Proximity detector on a capacitive basis Principle: If someone approaches Person of the required field plate, there is a change in capacitance of the "Capacitor" person field plate that serves as an alarm criterion.

Nachteile: Geringe Reichweite, hoher Aufwand. Um z.B. Räume zu sichern, ist das Verlegen von mehreren Quadratmetern Aluminium-Alarm-Tapete notwendig, um eine Kapazitätsänderung von wenigstens einigen Picofarad bei Bewegung von Personen zu erzielen. Fehlalarmanfällig bei Störimpulsen elektrischer Verbraucher.Disadvantages: short range, high effort. For example, to secure rooms, it is necessary to lay several square meters of aluminum alarm wallpaper a change in capacitance of at least a few picofarads when people move to achieve. Susceptible to false alarms in the event of interference pulses from electrical consumers.

Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung und Anzeige der Bewegung von elektrisch leitenden Körpern anzugeben, das einfach zu handhaben, nicht zu orte und vielseitig verwendbar ist, das mit einem Minimum an elektrischer Energie zu realisieren und möglichst störunanfällig ist.Task: The invention is based on the task of providing a method for Specify monitoring and display of the movement of electrically conductive bodies, that is easy to use, cannot be located and can be used in many ways, that with one Realize a minimum of electrical energy and is as immune to interference as possible.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zur Überwachung und Anzeige der Bewegung von elektrisch leitenden @örpern, wie zum Beispiel Menschen, größeren Tieren oder Wer@stücken aus elektrisch leitendem Material, das sich von den bisher bekannte@ Verfahren dadurch unterscheidet, daß die durch die Bewegung ccs betreffenden Körpers verursachte Änderung des natürlichen elektrostatischen Feldes von einer Meßsonde erfaßt, in einem Verstärker mit hohem Eingangswiderstand und hoher Verstärkung verstärkt und zur Auslösung eines elektrischen Schaltvorgangs, zum Beispiel eines Signals benutzt wird Beschreibung des neuen elektrometrischen Verfahrens Die Wirkung des erfundenen Verfahrens beruht darauf, daß ein elektrisch leitender Körper das natürliche elektrostatische Feld wesentlich stärker verformt als ein Michtleiter und diese Verformung bei hinreichender Größe des Körpers weit über dessen Dimensionen hinausreicht. Bewegt sich dieser Körper, so wird die Feldverformung räumlich verschoben und bewirkt eine Potemtialänderung, die auch noch in einigen @etern Entfernung @ittels einer empfindlichen Elektrometerschaltung nachgewiesen werden kann. Aufgrund der dielektrischen Ladungsverschiebung (@odel@: geschichtetes Dielektrikum) ist die erwähnte Potentialänderung auch noch lili Inneren von geschlossenen, nichtmetallischen Gehäusen, Behältnissen, Möbeln usw. meßbar. Es ergibt sich dadurch ein gewisser "Durchdringungseffekt".The invention accordingly relates to a method for monitoring and display of the movement of electrically conductive bodies, such as people, larger animals or who @ pieces made of electrically conductive material that differs from the previously known @ method differs in that the movement ccs concerned body caused change in natural electrostatic Field detected by a measuring probe, in an amplifier with high input resistance and high gain amplified and to trigger an electrical switching process, for example a signal used is describing the new electrometric Method The effect of the invented method is based on the fact that an electrically conductive body deforms the natural electrostatic field much more strongly as a Michtleiter and this deformation is far when the body is large enough extends beyond its dimensions. If this body moves, the field deformation occurs spatially shifted and causes a potential change, which also still in some Detected at a distance of @ by means of a sensitive electrometer circuit can be. Due to the dielectric charge shift (@ odel @: layered Dielectric), the aforementioned change in potential is also the interior of closed, non-metallic housings, containers, furniture, etc. can be measured. It arises from it a certain "penetration effect".

Ausschaltung möglicher Störgrößen: Schließt man an die empfindliche Elektrometerschaltung ein Osziloskop an, so stellt man eindeutig fest: Der zeitliche Verlauf der von einer sich mit einer Geschwindigkeit von wenigen dm/s bewegenden Person erzeugten Potentialänderung unterscheidet sich deutlich hinsichtlich Frequenz und Kurvenform von möglichen Störgrößen.Elimination of possible disturbance variables: If one closes the sensitive If an osciloscope is connected to the electrometer circuit, one can clearly see: The temporal one Course of the one moving at a speed of a few dm / s The change in potential generated by the person differs significantly in terms of frequency and curve shape of possible disturbance variables.

Mögliche Störgrößen sind: Langsame, natürliche Feldänderungen; Störimpulse elektrischer Leitungen und -Verbraucher, HF-Sender und Gewitter.Possible disturbance variables are: Slow, natural field changes; Glitches electrical lines and consumers, RF transmitters and thunderstorms.

Versieht man die Elektrometerschaltung mit relativ einfachen Filtern, welche die Störgrößen ausschalten, so erhält man ein sehr fehlalarmsicheres Verfahren zur Ermittlung sich bewegender Personen.If one provides the electrometer circuit with relatively simple filters, which switch off the disturbance variables, a very false alarm-proof method is obtained to detect moving people.

Schaltungsprinzip: Das eigentliche Elektrometer besteht aus einem Verstärker mit sehr hohem Eingangswiderstand und hohem Verstärkungsfaktor.Circuit principle: The actual electrometer consists of one Amplifier with very high input resistance and high gain factor.

Zwei relativ sehr kleine Luftelektroden - es genügen zum Beispiel zwei Kupferdrähte von 40mm Länge und 0,4mm Durchmesser -sind mit dem Eingang und dem Minuspol des Verstärkers verbunden. Dem Elektrometer nachgeschaltet ist die Filterstufe, welche die möglichen Störgrößen unwirksam nacht. Das von Stör-@rößen befreite Signal gelangt dann in die dritte Stufe, den Schaltverstärker mit Relaisausgang, der bei Bewegung von Personen im Einwirkungsbereich der Meßanordnung zum Beispiel eine Signaleinrichtung einschaltet.Two relatively very small air electrodes - it is enough, for example two copper wires of 40mm length and 0.4mm diameter are connected to the input and connected to the negative pole of the amplifier. Downstream of the electrometer is the Filter stage, which eliminates the possible disturbance variables ineffectively. That of sturgeons The freed signal then goes to the third stage, the switching amplifier with relay output, when people move in the area of action of the measuring arrangement, for example switches on a signaling device.

Alarm- und Überwachungsgeräte, die nach dem beschriebenen elektrometrischen Verfahren arbeiten, weisen die folgenden Vorteile auf: a) @@ höchsten Maße fehlalarmsicher, da ausschließlich Bewegunen größerer, voluminöser elektrischer Leiter (Personen, Tiere ab etwa Katzengröße) Alarm auslösen.Alarm and monitoring devices that comply with the electrometric described Working procedures have the following advantages: a) @@ Highly secure against false alarms, since only larger, voluminous electrical conductors move (people, Animals about the size of a cat) trigger the alarm.

b) Die Geräte sind so einstellbar, daß sie bei Rauchentwicklung aufgrund der durch die starke Ionisation hervorgerufenen Feldveränderungen ebenfalls Alarm geben und sich somit auch bestens als frühwarnende Feuermeldeeinrichtung eignen.b) The devices are adjustable so that they are due to smoke development the field changes caused by the strong ionization also alarm and are therefore ideally suited as an early warning fire alarm device.

c) Da die Geräte nichts aussenden, können sie nicht geortet werden.c) Since the devices do not emit anything, they cannot be located.

ã) Da keine Energieabstrahlung erfolgt, ist der Stromverbrauch im Bereitschaftszustand unter Verwendung modernster elektronischer Komponenten derart niedrig (einige Mykroampère), daß die Alarigeräte über Monate hindurch mit relativ kleinen Trockenbatterien betrieben werden können.ã) Since there is no energy radiation, the power consumption is in Ready state using the most modern electronic components like this low (a few mycroamps) that the alarm devices with relative small dry batteries can be operated.

Letzteres bedeutet Installations@reiheit und @o@i@ität. The latter means installation @ purity and @ o @ i @ ität.

Ei@fach hinstellen! d) Aufgrund der winzigen Meßelektroden une der @leiren @atterien ergibt sich für die @euartigen Geräte eine @eringe Baugröße ab etwa Zigarrettenschachtelgröße. Place egg @ compartment! d) Because of the tiny measuring electrodes @leiren @atterien results in a @ering size for the @ new-like devices about the size of a cigarette box.

e) Aufgrund der geringen Baugröße und dem bereits beschriebe@en Durchdringungseffekt können die Alarmgeräte bestens @etarnt oder verborgen werden. Einfach in einen nichtmetallischen Schrank oder Schreibtisch stellen.e) Due to the small size and the already described penetration effect the alarm devices can be optimally camouflaged or hidden. Simply into a non-metallic one Place a cupboard or desk.

f) Die Elektrometerschaltung kann auch in andere elektrische oder elektronische Geräte integriert werden. Besonders geeignet sind Geräte und Anlagen, welche bereits Mioderfrequenzverstärker und Lautsprecher enthalten; insbesondere tragbare Fernseh- und Radiogeräte.f) The electrometer circuit can also be used in other electrical or electronic devices are integrated. Devices and systems are particularly suitable which already contain frequency amplifiers and loudspeakers; in particular portable televisions and radios.

Ausführungsbeispiel: Kofferradio mit integrierter Alarmschaltung. Im. Alarmfall schaltet die Schaltstufe des elektrom@etrischen Sensors den Miederfrequenzverstärker des Rundfunkempfängers ein und überbrückt diesen mit einem Rückkopplungskondensator derart, daß der eingebaute @autsprecher einen schrillen Pfeifton als Alarmsignal abstrahlt. Design example: portable radio with integrated alarm circuit. In the event of an alarm, the switching stage of the electrometric sensor switches the corset frequency amplifier of the radio receiver and bridges this with a feedback capacitor in such a way that the built-in speaker emits a high-pitched whistle as an alarm signal radiates.

g) Die mach de@ neuen elektrometrischen Verfahren konzi@ierte@ Geräte können sehr vielseitig eingesetzt werden.g) The mach de @ new electrometric processes concentrated @ devices can be used very versatile.

1) Als Einbruch- und Diebstahl-@elde@eräte in Räumen, im Freien, zur Sicherung von Wohnwa@en, @raftfahrzeugen, Zelten und Booten. Als frühwarnender Feuermelder in Räu@en. 1) As burglary and theft @ elde @ devices in rooms, outdoors, for securing caravans, vehicles, tents and boats. As an early warning Fire alarms in Räu @ en.

2) Als berührungslose Schaltgeräte: Auslösen von Arbeitsvorgängen oder durch Automaten erbrachten Dienstleistungen, von Beleuchtungen und optisch-a@ustisch wirkenden I@for@@ions-, Kommunikations- und Werbe@itteln. 2) As non-contact switching devices: triggering work processes or services provided by vending machines, lighting and optical-a @ ustical effective I @ for @@ ions, communication and advertising media.

Beispiele: Das kurzzeitige Einschalten von Schaufensterbe-Leuchtungen, wenn Personen vorbeigehen. Auslösen von Ei@d-Ton-Informationsreihen in Ausstellungen und Museen. Bei Nacht können die Geräte durch einfaches Umschalten zur Raumüberwachung als Einbruchmeldeamlage dienen. Auch Personenzähl- und Identifikationssysteme @obiler Art können nach dem elektrometrischen Verfahren realisiert werden. Examples: The brief switching on of shop window lights, when people walk by. Triggering Ei @ d-Ton information series in exhibitions and museums. At night, the devices can be switched over to room monitoring serve as a burglar alarm system. Also people counting and identification systems @obiler Art can be realized according to the electrometric method.

Zum Abschluß der Ausführungen wird ais Gründem der Anschaulichkeit ein A@armgerät vorgestellt, das nach dem neuen elektrometrischen Verfahren konzipiert worden ist.At the end of the explanations is ais of clarity presented an A @ arm device that is designed according to the new electrometric process has been.

Das Foto auf Seite 7 zeigt das Gerät in Verbindung mit einem Druckkammerlautsprecher, der im Alarmfall ein zeitlich begrenztes (Alarmzeit von o bis 3 @inuten einstellbar), schrilles Heultonalarmsignal abstrahlt.The photo on page 7 shows the device in connection with a hyperbaric loudspeaker, which is limited in time in the event of an alarm (alarm time adjustable from 0 to 3 minutes), high-pitched howling alarm signal.

Schaltungsaufbau: Ele@trometrischer Sensor (Luftelektroden und Verstärker), Filter, Schaltverstärker (Empfindlichkeit durch Potentiometer einstellbar), @euitongenerator, Endverstärker für das Alarmsignal.Circuit structure: electrometric sensor (air electrodes and amplifier), Filter, switching amplifier (sensitivity adjustable by potentiometer), @euiton generator, Power amplifier for the alarm signal.

Drei Zeitglieder: Einschaltverzögerung und wahlweise zuschaltbare Alarmverzögerung als Bedienungshilfen und das Zeitglied für die Alar@dauer. Eine @leine La@pe zeigt zusätzlich den Alarmzustand an (abschaltbar), damit man das Gerät auch ohne Lautsprecher testen kann.Three timers: switch-on delay and optionally switchable Alarm delay as operating aids and the timer for the alarm duration. One @leine La @ pe also shows the alarm status (can be switched off) so that the device can be used can also test without speakers.

Da@ die Schaltung umhüllende Gehäuse besteht aus @unststoff.The housing enclosing the circuit is made of plastic.

Ei@e ebenfalls in Inneren des Gehäuses befindliche 9 Volt-Batterie (zum Beispiel VARTA 439) reicht für einjährigen Betrieb! Sicherungsbereich: Dreidimensional, Zylinderform, Durchmesser maxima@ 10 @eter, Höhe ungefähr 3 bis 4 @eter.Ei @ e 9 volt battery also located inside the housing (for example VARTA 439) is sufficient for one year of operation! Safety area: three-dimensional, Cylindrical shape, diameter maxima @ 10 @eter, height about 3 to 4 @eter.

(Bei entsprechendem Aufwand an Elektronik sind Alarageräte mit einem Sciherungakreisdurchmesser bis zu 30 @etern realisierbar!) Automatischer Betrieb: Nach auto@atisch erfolgter Alarmabschaltung ist das Gerät sofort erneut "scharf".(With a corresponding amount of electronics, alarm devices are equipped with a Scanning circle diameters of up to 30 meters can be realized!) Automatic operation: After the alarm has been switched off automatically, the device is immediately "armed" again.

Das Foto auf Seite 7 zeigt das Gerät in Verbindung mit einer Streichholzschachtel zum Größenvergleich.The photo on page 7 shows the device in connection with a matchbox for size comparison.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims 1. Electrometric method for monitoring and Display of the movement of electrically conductive bodies, such as people larger animals or workpieces made of electrically conductive material, characterized that the change in the natural electrostatic caused by the movement of the body Field from an electrometric XIeßsonde, consisting of two small air electrodes, detected in an amplifier with high input resistance and high gain amplified and used to trigger an electrical signal.

2. The method according to claim 1, characterized in that the filter provided that the field changes caused by other processes in the area of action of the measuring arrangement by differentiating according to its frequency and capture and eliminate curve shape.

3. The method according to claim 1, characterized in that due the known physical conditions only movements of larger, more voluminous electrical conductors and thus also people in the area of influence of the electrometric Measurement arrangement leads to a measurement display and message.

4. The method according to claim 3, characterized in that according to this designed alarm devices and systems are extremely secure against false alarms.

. Method according to claim 1, characterized in that due to the dielectric displacement of charge carriers in the movement of people and other voluminous electrical conductors in the area of action of the measuring arrangement Changes in potential also occur inside electrically non-conductive ones Housings, containers, furniture and so on by means of the specified electrometer circuit can be verified.

6. The method according to claim 5, characterized in that according to this designed alarm @ devices also inside furniture made of non-metallic material can be arranged and thereby their full effectiveness as a room motion detector, Movements of people in the room is retained.

7. The method according to claim 1, characterized in that it is pure acts passively and for this reason cannot be located.

8. The method according to claim 7, characterized in that on the basis any lack of energy radiation, the power consumption of the measuring arrangement is extreme low, a few mycroamps, and by means of months of uninterrupted operation small dry batteries.

9. The method according to claim 8, characterized in that according to this Disconnected alarm devices neither light network connection nor other supply lines need and thus anywhere with a handle, simply put down, effective safety can be used.

10.Verfahren according to claim 1, characterized in that the for Measurement required air electrodes can be very small; so, for example, is enough a copper wire only 40mm long and 0.4mm in diameter! -3-

11. Method according to claims 8 and 10, characterized in that designed according to this Alarm devices due to the use of very small measuring electrodes, dry batteries and state-of-the-art miniaturized amplifier circuits from very small sizes about the size of a cigarette box.

12. The method according to claim 11, characterized in that the small Electrometric circuit can be integrated very well into electrical devices alin, the components suitable as signal transmitters for other purposes, for example low-frequency amplifiers and speakers, such as radio, television receivers and Pflono systems included in stationary or portable version.