NO174487B

NO174487B - Differential detector for sound pressure detection

Info

Publication number: NO174487B
Application number: NO884823A
Authority: NO
Inventors: Francois Philippe
Original assignee: Francois Philippe
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1988-10-28
Publication date: 1994-01-31
Also published as: NO884823L; DK169647B1; NO884823D0; CA1311292C; EP0317459A2; DK601688D0; NO174487C; DK601688A; FR2622719A1; EP0317459A3; DE3870163D1; EP0317459B1; GR3005179T3; ATE75063T1

Abstract

Acoustic pressure differential detector for detecting the aperiodic wave resulting from the opening of a door or window in a closed room, comprising a microphone (1) and means for fixing a sensitivity threshold value, characterised in that it comprises means of regulation (6, 10) for varying said threshold value as a function of the microphone output. <IMAGE>

Description

Oppfinnelsen angår en lydtrykk-differensialdetektor for deteksjon av den aperiodiske bølge som skriver seg fra åpning av en dør eller et vindu i et lukket rom, og som omfatter en mikrofon og en innstillingsanordning for å variere en følsom-hetsterskelverdi. The invention relates to a sound pressure differential detector for the detection of the aperiodic wave that emerges from the opening of a door or a window in a closed room, and which comprises a microphone and a setting device for varying a sensitivity threshold value.

Ved de kjente detektorer av denne type blir utgangssignalet fra mikrofonen først forsterket og deretter, generelt angitt, sammenliknet med en fast referansespenning i en komparator hvis utgang kan ha to mulige tilstander i overensstemmelse med den relative verdi av det signal som kommer fra mikrofonen, og referansespenningen. With the known detectors of this type, the output signal from the microphone is first amplified and then, generally stated, compared to a fixed reference voltage in a comparator whose output can have two possible states in accordance with the relative value of the signal coming from the microphone, and the reference voltage .

Disse detektorer utløser en alarm når de påvirkes av en aperiodisk trykkbølge, mens de ikke reagerer på et periodisk signal, såsom en hørbar lyd, idet overvåkningen utføres særlig på formen og størrelsen av de signaler som oppfanges. These detectors trigger an alarm when they are affected by an aperiodic pressure wave, while they do not react to a periodic signal, such as an audible sound, as the monitoring is carried out in particular on the shape and size of the signals that are picked up.

Ved disse kjente differensialdetektorer, slik som ved det tidligere kjente utstyr som er konstruert for å varsle om ubetimelige åpninger av dører og vinduer i lukkede rom, må terskelnivået innstilles manuelt, i hvert enkelt tilfelle. In the case of these known differential detectors, as in the case of the previously known equipment designed to warn of untimely openings of doors and windows in closed rooms, the threshold level must be set manually, in each individual case.

Denne innstilling er i praksis nært knyttet til eventuelle feil som kan forekomme i tetningen av det aktuelle sted, og også til den meget store fleksibilitet av visse benyttede bygningsmaterialer som, i tilfelle av sterk vind, på grunn av skyvevirkning eller inntrengning fremkaller trykkvaria-sjon i rommet. In practice, this setting is closely linked to any errors that may occur in the sealing of the site in question, and also to the very high flexibility of certain building materials used which, in the event of strong wind, due to thrust or penetration causes pressure variations in the room.

For å unngå en eventuell fare for aktivering av alarmen av andre grunner enn innbrudd, må terskelnivået for disse detektorer innstilles på et forholdsvis høyt nivå, slik at de ikke tar i betraktning atmosfærisk forstyrrelse som, selv om den er forbigående og tilfeldig, likevel er uunngåelig da den er betinget av tilstedeværelsen av sterk vind. Denne innstilling er ugunstig for detektorens effektivitet i rolig vær. In order to avoid a possible danger of the alarm being activated for reasons other than intrusion, the threshold level of these detectors must be set at a relatively high level, so that they do not take into account atmospheric disturbance which, although transient and random, is nevertheless unavoidable as it is conditioned by the presence of strong winds. This setting is unfavorable for the detector's effectiveness in calm weather.

Fra US-patentskrift 4 442 514 er det kjent en anordning for behandling av signaler fra en transduser, og som er innrettet til å identifisere typen av inntrengning og eventuelt å utløse en alarm, og hvor anordningen har en utløserterskel som ikke er fiksert og er selvinnstillende i overensstemmelse med de innkommende signaler. From US patent document 4,442,514, a device is known for processing signals from a transducer, and which is designed to identify the type of intrusion and possibly trigger an alarm, and where the device has a trigger threshold that is not fixed and is self-adjusting in accordance with the incoming signals.

Denne kjente anordning behandler transduser-utgangssignalet for å tilveiebringe likerettede eller ikke-likerettede signaler fra lavpass- og høypassfiltre. Ved hjelp av høypass-signalene gjenkjenner anordningen hvorvidt det er en kjøretøy-eller menneskeinntrengning, mens lavpass-signalene tjener til å representere et virkelig inntrengningstilfelle. Så snart de er detektert, klassifiseres disse inntrengningstilfeller ved hjelp av en logisk krets, alt etter hvorvidt de er menneske- eller kjøretøy-inntrengningshendelser. For å identifisere typen av inntrengning, telles nullgjennomgangene av det ikke-likerettede høypassignal, energien av det likerettede høypassignal måles, og de to verdier sammenliknes. De signaler som indikerer inntrengning, behandles ved å generere vinduer som omtales som nullgjennomgangsvinduer for det ikke-likerettede lavpassignal, og deretter ved å måle energien av det likerettede lavpassignal og sammenlikne energiverdiene med en terskelverdi som er bestemt ved antallet av nullgjennomgangsvinduer som har to.eller flere nullgj ennomganger. This known device processes the transducer output signal to provide rectified or non-rectified signals from low-pass and high-pass filters. With the help of the high-pass signals, the device recognizes whether there is a vehicle or human intrusion, while the low-pass signals serve to represent a real case of intrusion. As soon as they are detected, these intrusion cases are classified using a logic circuit, depending on whether they are human or vehicle intrusion events. To identify the type of intrusion, the zero crossings of the non-rectified high-pass signal are counted, the energy of the rectified high-pass signal is measured, and the two values are compared. The signals indicating intrusion are processed by generating windows referred to as zero-crossing windows for the non-rectified low-pass signal, and then by measuring the energy of the rectified low-pass signal and comparing the energy values to a threshold value determined by the number of zero-crossing windows that have two or several zero-gj passes.

Den i patentskriftet beskrevne krets er imidlertid ytterst komplisert og er basert på en rekke operasjoner for behandling av de signaler som mottas av transduseren. Denne kompleksitet resulterer i en reduksjon av systemets totale pålitelighet, øket av de innledende operasjoner som er innrettet til å separere de høye og lave komponenter av signalet. Rekken av behandlingsoperasjoner betyr at informasjonen, som dessuten er seksjonert, taper sin opprinnelige verdi. Faren er her at det tap som frembringes i hvert trinn, skaper feil i det grunnleggende signal ved enden av linjen, noe som resulterer i dårlig innstilling og eventuelt dårlig anvisning på utgangslogikktrin-net. The circuit described in the patent is, however, extremely complicated and is based on a series of operations for processing the signals received by the transducer. This complexity results in a reduction of the system's overall reliability, increased by the initial operations designed to separate the high and low components of the signal. The series of processing operations means that the information, which is also sectioned, loses its original value. The danger here is that the loss produced in each stage creates errors in the basic signal at the end of the line, which results in bad tuning and possibly bad instructions on the output logic stage.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å unngå ovennevnte ulempe ved å tilveiebringe en lydtrykk-differensialdetektor som har en enkel og pålitelig konstruksjon ved hvilken følsomhetsterskelen justeres automatisk i overensstemmelse med omgivelsene. The purpose of the present invention is to avoid the above-mentioned disadvantage by providing a sound pressure differential detector which has a simple and reliable construction in which the sensitivity threshold is automatically adjusted in accordance with the surroundings.

For oppnåelse av ovennevnte formål er det tilveiebrakt en differensialdetektor av den innledningsvis angitte type hvor innstillingsanordningen omfatter en gren for innstilling av spenningen på en første inngang til en komparator, idet innstillingsgrenen på inngangen mottar et fra mikrofonen utgående, første signal som modifiseres av en filterkrets, og som etter denne modifikasjon modulerer en forutbestemt spenning, idet spenningen på komparatorens første inngang avledes fra denne modulerte spenning, idet komparatorens andre inngang mottar et andre signal fra mikrofonen, og differensialdetektoren er ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved at den omfatter en oscillator-teller som styres av komparatoren for å telle utgangspulsene fra den frie oscillator, og en utløsningsanordning for utløsning av en alarm når tellerindikasjonen overskrider en forutbestemt verdi. To achieve the above-mentioned purpose, a differential detector of the type indicated at the outset has been provided, where the setting device comprises a branch for setting the voltage on a first input to a comparator, the setting branch on the input receiving a first signal emanating from the microphone which is modified by a filter circuit, and which, after this modification, modulates a predetermined voltage, the voltage on the comparator's first input being derived from this modulated voltage, the comparator's second input receiving a second signal from the microphone, and the differential detector is characterized according to the invention in that it comprises an oscillator counter which is controlled by the comparator for counting the output pulses from the free oscillator, and a trip device for triggering an alarm when the counter indication exceeds a predetermined value.

I en fordelaktig utførelse av differensialdetektoren ifølge oppfinnelsen består utløsningsanordningen av en monostabil gren som energiserer et relé som styrer alarmanordningen. In an advantageous embodiment of the differential detector according to the invention, the triggering device consists of a monostable branch that energizes a relay that controls the alarm device.

Når komparatorens utgang betraktes som aktiv, dvs. når det signal som kommer direkte fra mikrofonen, er større enn referansespenningen, aktiveres oscillatoren på utgangssiden, idet hver puls telles av telleren. Når antallet av pulser som telles, oppnår en forutbestemt verdi, utløses alarmen. When the comparator's output is considered active, i.e. when the signal coming directly from the microphone is greater than the reference voltage, the oscillator on the output side is activated, each pulse being counted by the counter. When the number of pulses counted reaches a predetermined value, the alarm is triggered.

En detektor av denne type er i virkeligheten ikke følsom overfor et periodisk signal, såsom en hørbar lyd, da telleren i dette tilfelle i løpet av en halvperiode av signalet ikke har tid til å oppnå den forutbestemte verdi som forårsaker alarmutløsning. A detector of this type is in reality not sensitive to a periodic signal, such as an audible sound, as in this case the counter does not have time during a half period of the signal to reach the predetermined value which causes the alarm to be triggered.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 er et blokkskjema som viser konstruksjonen og oppbygningen av detektorkretsen, fig. 2 viser en spesiell utførelse av anordningen ifølge oppfinnelsen, og fig. 3 viser en annen mulig variasjon av anordningen. The invention will be described in more detail below with reference to the drawings, where fig. 1 is a block diagram showing the construction and structure of the detector circuit, fig. 2 shows a particular embodiment of the device according to the invention, and fig. 3 shows another possible variation of the device.

Da fig. 1 er et generelt skjema som viser de forskjel-lige deler av kretsen, vil den ikke bli beskrevet nærmere da henvisningstallene kan gjenfinnes på fig. 2 og 3 som er mer detaljerte. Det vil bli henvist til fig. 1 slik at man har et oversiktsbilde over den anordning som er gjenstand for oppfinnelsen. Med henblikk på klarhet skal det først gis en beskrivelse av den anordning som er vist på fig. 2. Then fig. 1 is a general diagram showing the various parts of the circuit, it will not be described in more detail as the reference numbers can be found on fig. 2 and 3 which are more detailed. Reference will be made to fig. 1 so that one has an overview of the device which is the subject of the invention. For the sake of clarity, a description must first be given of the device shown in fig. 2.

Idet det henvises til fig. 2, er utgangen av en mikrofon 1 av "elektret"-effekttypen forbundet med en terskelkom-parator 5 via en passende totrinnsforsterker 2 og 3 - hvor forsterkertrinnet 3 kan justeres ved hjelp av et potensiometer 4 - som virker slik at den mer spesielt forsterker de signaler som svarer til aperiodiske trykkbølger. Utgangen fra forsterkeren 2 er videre koplet til inngangen av en totrinnsforsterker-lavpassfilterkrets 6. Referring to fig. 2, the output of a microphone 1 of the "electret" effect type is connected to a threshold comparator 5 via a suitable two-stage amplifier 2 and 3 - where the amplifier stage 3 can be adjusted by means of a potentiometer 4 - which acts so that it more particularly amplifies the signals corresponding to aperiodic pressure waves. The output from the amplifier 2 is further connected to the input of a two-stage amplifier low-pass filter circuit 6.

Funksjonen til denne filterkrets er å fastholde bare pulsasjonen av det signal som oppfanges av mikrofonen og som er proporsjonal med graden av bevegelse av luftmassene på stedet. Den eliminerer følgelig den signalkomponent som skyldes en plutselig variasjon i trykk, såsom den som forårsakes ved knusing av for eksempel en glassrute. The function of this filter circuit is to maintain only the pulsation of the signal which is picked up by the microphone and which is proportional to the degree of movement of the air masses on the spot. It consequently eliminates the signal component due to a sudden variation in pressure, such as that caused by the breaking of, for example, a pane of glass.

Utgangssignalet fra filterkretsen tilføres til en spissdetektor 7 som er realisert i form av en vinduskomparator for hvilken de to spenningsreferanser VI og V3 er slik at V3 er høyere enn VI. The output signal from the filter circuit is supplied to a tip detector 7 which is realized in the form of a window comparator for which the two voltage references VI and V3 are such that V3 is higher than VI.

Utgangssignalet fra spissdetektoren 7 benyttes til å modulere den innstilte spenning VI i en krets 9 for å tilveiebringe reguleringssignalet som er inneholdt mellom VI og jord. The output signal from the tip detector 7 is used to modulate the set voltage VI in a circuit 9 to provide the regulation signal which is contained between VI and ground.

Utgangssignalet fra kretsen 9 tilføres deretter til en spenningsintegratorkrets hvis utgangssignal tilføres til en spenningsfølger 10. Utgangssignalet fra spenningsfølgeren 10 benyttes deretter som følsomhetsterskel i komparatoren 5. The output signal from the circuit 9 is then supplied to a voltage integrator circuit whose output signal is supplied to a voltage follower 10. The output signal from the voltage follower 10 is then used as a sensitivity threshold in the comparator 5.

Utgangssignalet fra komparatoren 5 benyttes til å aktivere en oscillator-teller 14 via en forbindelse 13. Slik som foran nevnt, aktiverer denne oscillator-teller en monostabil bryter 16 når et forutbestemt antall pulser er blitt talt. Under omkoplingstiden forårsaker kretsen 16 eksitering av et relé 21 som styrer en alarmanordning. The output signal from the comparator 5 is used to activate an oscillator counter 14 via a connection 13. As mentioned above, this oscillator counter activates a monostable switch 16 when a predetermined number of pulses have been counted. During the switching time, the circuit 16 causes excitation of a relay 21 which controls an alarm device.

Reléets driftspolaritet, positiv eller negativ, kan velges av brukeren ved benyttelse av en bryter 20 og en omkopler-blander 19. The relay's operating polarity, positive or negative, can be selected by the user using a switch 20 and a switch-mixer 19.

Atmosfæriske bevegelser som oppfanges av mikrofonen 1, blir på utgangen av filterkretsen 6 følgelig representert ved variasjoner i spenning som forårsaker endringer i spissdetek-torkretsens 7 utgangstilstand. Dersom den automatiske reguleringsbryter 8 som er beliggende på utgangen av kretsen 7, er i den lukkede tilstand, blir den spenning VI som tilføres på modulatorkretsens 9 positive inngang, modulert av filterkretsens utgangsspenning dersom denne spenning ikke lenger ligger mellom Atmospheric movements which are picked up by the microphone 1 are consequently represented at the output of the filter circuit 6 by variations in voltage which cause changes in the output state of the tip detector circuit 7. If the automatic regulation switch 8 located at the output of the circuit 7 is in the closed state, the voltage VI which is supplied to the positive input of the modulator circuit 9 is modulated by the output voltage of the filter circuit if this voltage no longer lies between

VI og V3. VI and V3.

En LED-diode 11 som er beliggende på spenningsfølgerens 10 utgang, tillater at den selvregulerende grens driftstilstand kan styres. An LED diode 11 which is located on the output of the voltage follower 10 allows the operating state of the self-regulating limit to be controlled.

Når en aperiodisk bølge som forårsakes av en åpning eller et innbrudd, oppfanges av mikrofonen 1 og deretter forsterkes av forsterkeren 2, 3, endrer komparatoren 5, når bølgen går utenfor komparatorens variable følsomhetsterskel , sin logiske tilstand under en periode som er proporsjonal med lengden av den aktuelle bølge. En annen LED-diode 12, som måler nivået, blir da aktivert. When an aperiodic wave caused by an opening or a break-in is picked up by the microphone 1 and then amplified by the amplifier 2, 3, the comparator 5, when the wave goes outside the variable sensitivity threshold of the comparator, changes its logic state for a period proportional to the length of the current wave. Another LED diode 12, which measures the level, is then activated.

Dersom lengden av den aperiodiske bølge som detekteres, er tilstrekkelig, aktiverer oscillator-telleren 14 alarmen. If the length of the detected aperiodic wave is sufficient, the oscillator counter 14 activates the alarm.

Det skal bermerkes at en deteksjonsbryter 15 muliggjør at detektorens driftsmodus kan velges (støt eller åpning) ved å velge den oscillasjonshastighet som kreves for å aktivere alarmen. It should be noted that a detection switch 15 enables the detector's operating mode to be selected (shock or opening) by selecting the oscillation rate required to activate the alarm.

De alarmsignaler som dannes ved hjelp av en LED-diode 17 og en akustisk vibrator 18, tillater at detektorens drift kan overvåkes ved fravær av den egentlige alarmanordning, idet den nevnte vibrator dessuten styres av en velgerbryter 23. The alarm signals which are generated by means of an LED diode 17 and an acoustic vibrator 18, allow the operation of the detector to be monitored in the absence of the actual alarm device, as the said vibrator is also controlled by a selector switch 23.

Mens det i den på fig. 2 viste krets er benyttet tre referansespenningsverdier VI, V2 og V3 som er fastsatt ved hjelp av en bro, idet V2 er sentrert i intervallet (VI, V3) på 0,1 V, er den på fig. 3 viste variant basert på et system med fire innstilte referansespenningsverdier VI til V4. While in the one in fig. circuit shown in 2 uses three reference voltage values VI, V2 and V3 which are determined by means of a bridge, V2 being centered in the interval (VI, V3) of 0.1 V, it is in fig. 3 showed a variant based on a system with four set reference voltage values VI to V4.

Reguleringsgrenen er basert på det samme prinsipp, idet den omfatter et totrinns lavpassfilter 6 som er noe modifisert angående inngangsspenningen, etterfulgt av en vinduskomparator 7, en automatisk reguleringsbryter 8 og en uavhengig tilpas-ningskrets 9. I denne konfigurasjon er den referansespenning som skal moduleres, spenningen V4 hvis verdi er høyere enn VI, V2 og V3. The regulation branch is based on the same principle, comprising a two-stage low-pass filter 6 which is somewhat modified with respect to the input voltage, followed by a window comparator 7, an automatic regulation switch 8 and an independent matching circuit 9. In this configuration, the reference voltage to be modulated is, the voltage V4 whose value is higher than VI, V2 and V3.

Filterkretsen 6, som tar i betraktning den signalpul-sasjon som oppfanges av cellen 1, forsterker den filtrerte informasjon før den sendes videre til detektortrinnet for 2-terskel-spissdetektoren 7. Disse to referansespenningsverdier VI og V3 danner de grenser utenfor hvilke den pulsasjonsvariasjon som forårsakes av atmosfærisk forstyrrelse eller turbulens, uunngåelig vil føre til en endring i tilstand av komparatoren 5, via forsterkerne 2 og 3, og dermed utløse de avsluttende alarmtrinn dersom komparatorens 5 terskel var fast og forutbestemt . The filter circuit 6, which takes into account the signal pulsation picked up by the cell 1, amplifies the filtered information before it is passed on to the detector stage of the 2-threshold tip detector 7. These two reference voltage values VI and V3 form the limits beyond which the pulsation variation is caused of atmospheric disturbance or turbulence, will inevitably lead to a change in the state of the comparator 5, via the amplifiers 2 and 3, thus triggering the final alarm steps if the threshold of the comparator 5 was fixed and predetermined.

Tre brytersignallamper 11, 12 og 17 indikerer henholdsvis operasjonen av den automatiske reguleringsgren, terskelnivået for anordningen og utløsningen av de avsluttende alarmtrinn. De første to lamper, som indikerer konstant operasjon i en stabil tilstand, er henholdsvis grønn og rød av farge. Signallampen 17, som indikerer en alarmfase, er rød av farge. En bryter 22 kan deaktivere alle signallamper samtidig. Three switch signal lamps 11, 12 and 17 respectively indicate the operation of the automatic regulation branch, the threshold level of the device and the triggering of the final alarm steps. The first two lights, which indicate constant operation in a stable state, are green and red in color respectively. The signal lamp 17, which indicates an alarm phase, is red in colour. A switch 22 can deactivate all signal lamps at the same time.

Ett av de grunnleggende elementer i den foran beskrevne krets er selvsagt mikrofonen, hvis rolle er å oppfange de betydningsfulle signaler. Som man har sett, er de bølger som kan utnyttes av denne type anordning, aperiodiske, og krever følgelig oppfangere som vil reagere på meget lave frekvenser, på 1 Hz eller også lavere. Mikrofonene må derfor velges med den største omhu, da hele detektoren avhenger av kvaliteten av den innledende føler eller mikrofon. One of the basic elements in the circuit described above is of course the microphone, whose role is to pick up the important signals. As has been seen, the waves that can be utilized by this type of device are aperiodic, and consequently require receivers that will respond to very low frequencies, of 1 Hz or even lower. The microphones must therefore be chosen with the greatest care, as the entire detector depends on the quality of the initial sensor or microphone.

Claims

1. Sound pressure differential detector for the detection of the aperiodic wave that emerges from the opening of a door or a window in a closed room, and which comprises a microphone (1) and a setting device (6, 7, 9, 10) for varying a sensitivity threshold value, the device comprising a branch for setting the voltage on a first input to a comparator (5), the setting branch on the input receiving a first signal emanating from the microphone (1) which is modified by a filter circuit (6), and which after this modification modulates (9) a predetermined voltage, the voltage on the first input of the comparator (5) being derived from this modulated voltage, the second input of the comparator (5) receiving a second signal from the microphone (1), CHARACTERIZED IN THAT it comprises a oscillator counter (14) which

controlled by the comparator (5) to count the output pulses from the free oscillator, and a triggering device (16) for triggering an alarm when the counter indication exceeds a predetermined value.

2. Differential detector according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT the triggering device consists of a monostable branch (16) which energizes a relay (21) which controls the alarm device.