DE2426408B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung schalleitender Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung schalleitender Medien, bei welchem an einer Stelle des schalleitenden Mediums Schallsignale erzeugt werden und an einer anderen Stelle die durch das Medium übertragenen Schallsignale aufgenommen werden und bei vorbestimmten Abweichungen der aufgenommenen Schallsignale ein Alarmsignal ausge-

löst wird, sowie eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens.

Vorrichtungen dieser Art können beispielsweise zum Einbruchschutz von Schaufenstern, Vitrinen oder Tresorräumen dienen. Als schalleite.jdes Medium dienen hierbei die massiven Begrenzungen, z. B. Glasscheiben oder metallische Tresorwände, etc. An diesen ist wenigstens ein Ultraschall-Schwingungsgeber angebracht, welcher Körperschall vorzugsweise im Ultraschallbereich an die Glasscheibe oder Tresorwand abgibt An einer anderen Stelle ist wenigstens ein Schwingungsaufnehmer angebracht, der die durch die Scheibe, Wand oder Fläche übertragenen Ultraschall-Schwingungen aufnimmt Mit dem Schwingungsaufnehmer ist eine elektrische Auswerteschaltung verbunden, welche ein Signalgerät steuert

Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung zum Schutz flächenhafter Objekte wie Glasscheiben ader Wände beschränkt, sondern kann in gleicher Weise zum Schutz oder zur Überwachung beliebiger, schalleitender Medien benützt werden, z. B. von in Museen oder in Vitrinen ausgestellten Gegenständen, von Umzäunungen oder als Ultraschall-Raumschutz, wobei der Gegenstand selbst, das Material der Umzäunung oder die in einem Raum befindliche Luft als schalleitendes Medium dient und irgendwelche Änderungen in diesem Raum zu einer Veränderung des Schallfeldes führen.

Eine durch die deutsche Offenlegungsschrif; 19 13 161 bekannte Überwachungs-Anordnung zum Schutz von Räumen und Objekten beschreibt bereits eine Anordnung, bei welcher Körperschall im Ultraschallbereich an die zu überwachenden Objekte übertragen wird und der an der Meßstelle ankommende Ultraschall registriert wird. Bei einer Amplitudendämpfung wird ein Alarmgerät betätigt. Eine Alarmgabe erfolgt daher nicht nur bei einer Zerstörung des Objektes, sondern ebenfalls schon bei einer Berührung. In der Praxis, z. B. bei Schaufensterscheiben, wo eine zufällige Berührung durch Passanten nicht zu vermeiden ist, würde das zur häufigen Auslösung eines Fehlalarmes führen.

Bei einem weiteren, nach der deutschen Offenlegungsschrift 20 56 015 bekannten Verfahren zur Alarmsicherung wird ein geschützter Gegenstand, speziell eine Glasscheibe, durch einen Schwingungsgeber in Resonanzschwingung versetzt und die Schwingung durch einen Schwingungsempfänger abgegriffen. Auch hier wird bei einer Amplitudenänderung ein Alarmsignal ausgelöst. Auch dieses Verfahren hat den Nachteil, daß eine Ampiitudenänderung und damit eine Alarmauslösung nicht nur bei Beschädigung der Scheibe, sondern schon bei einer Berührung auftritt. Ein anderes Beispiel benützt die Resonanzfrequenz-Änderung einer Glasscheibe bei Beschädigung zur Alarmgabe. Dazu ist jedoch eine komplizierte Rückkopplungsschaltung zur Nachstellung der Schwingungsfrequenz auf die sich ändernde Resonanzstelle nötig. Eine Amplitudendämpfung wirkt auch hier störend.

Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung der genannten Nachteile vorbekannter Verfahren und Vorrichtungen, insbesondere die Schaffung eines funktionssicheren, störunanfälligen Überwachungs- und Schutzverfahrens mittels Schallübertragung im überwachten Medium, bei we'chem eine Fehlalarmauslösung durch Amplitudendämpfung vermieden wird und Alarmauslösung nur bei vorbestimmten Änderungen in oder am überwachten Medium stattfindet.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch, daß die zeitliche Verschiebung der aufgenommenen Schallsignale im Vergleich zu den erzeugten Schallsignalen festgestellt wird und daß bei einer vorbestimmten Änderung dieser zeitlichen Verschiebung ein Alarmsignal ausgelöst wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren benützt also nicht die Amplitudenänderung, welche bei einer Beschädigung oder Zerstörung des geschützten Objekts notwendigerweise auftritt, die aber vtie oben erwähnt,

ίο auch bereits durch eine Berührung verursacht sein kann, sondern die Zeitverschiebung des empfangenen Signales gegen das an das Medium abgegebene Schallsignal. Falls das Schallsignal eine sinusförmige Schwingung ist oder aus periodischen Impulsen besteht, entspricht dieser Zeitverschiebung die Phasendifferenz zwischen den empfangenen und ausgesandten Schwingungen bzw. Impulsen. Bei einer Änderung des Mediums zwischen Sende- und Empfangsstelle, z. B. bei einer Beschädigung der Glasscheibe, wird der Weg zwischen Sende- und Empfangsstelle und damit die Laufzeit vergrößert, so daß sich auch die Phasenverschiebung

verändert Eine Änderung der Schwingungsamplitude ist dagegen ohne Einfluß auf die Phasenverschiebung.

Besonders zweckmäßig ist es, als Signal die Amplituden- oder Frequenzmodulation einer Trägerschwingung zu verwenden. Falls das Medium eine Dispersion zeigt, z. B. bei Wahl einer Trägerfrequenz im Bereich von Resonanzstellen des Mediums, so ist zu erwarten, daß das in der Schwingungstechnik bekannte Gruppenlaufzeit-Phänomen auftritt. Dieses besteht darin, daß ein moduliertes Signal im Vergleich zu einer reinen Trägerschwingung eine zusätzliche Zeitverzögerung erleidet, welche um ein Vielfaches größer sein kann, als die reine Phasenlaufzeit einer unmodulierten Trägerschwingung zwischen Sende- und Empfangsstelle.

Schon bei einer geringfügigen Änderung des Mediums, z. B. bei einer kleinen Beschädigung einer Glasscheibe an einer beliebigen Stelle, welche nicht zwischen Sender und Empfänger zu liegen braucht, werden sich die Resonanzstellen bereits so weit verschieben, daß beträchtliche Gruppenlaufzeit-Änderungen des Modulationssignals auftreten. Diese Gruppenlaufzeit-Änderungen eines Modulationssignals können wesentlich größer sein als die Phasenverschiebungen reiner Sinusschwingungen. Darüber hinaus ist von Vorteil, daß bei Verwendung modulierter Signale bereits eine Änderung oder Beschädigung an einer beliebigen Stelle eine relativ große Änderung eintritt.

Sender und Empfänger können bei Anwendung dieses Verfahrens also ohne Beeinträchtigung der Wirksamkeit an beliebigen Stellen angebracht werden, oder umgekehrt läßt sich bei Verwendung modulierter Signale nicht nur der zwischen Sende- und Empfangsstelle liegende Bereich des Mediums überwachen, sondern die gesamte Umgebung. Im Fall der Überwachung einer Glasscheibe wäre es also möglich, Sender und Empfänger an der gleichen Seite einer Glasscheibe anzubringen, wobei der Abstand keine wesentliche Rolle spielt, wodurch die Installation wesentlich vereinfacht wird. Trotzdem ist die Zeitverschiebung des Modulationssignales bereits bei der geringsten Beschädigung an irgendeiner Stelle der Glasscheibe so groß, daß mit einer relativ einfachen Auswerteschaltung

b5 sicher ein Alarmsignal ausgelöst werden kann, wobei jedoch fehlerhafte Alarmgabe durch Amplitudendämpfung, beispielsweise infolge bloßer Berührung der Glasscheibe ausgeschaltet wird.

Umi bei diesem Verfahren eine besonders gute Wirkung zu erzielen, ist es daher zweckmäßig, in einem Frequienzgebiet zu arbeiten, in welchem besonders schmale Resonanzstellen des schalleitenden Objektes liegen. Bei Glasscheiben oder Tresorwänden wird dies s im allgemeinen im Gebiet über 100 kHz der Fall sein. Besonders zweckmäßig ist es, ein Frequenzgebiet zu wählen, in welchem sehr viele Resonanzstellen dicht beieinander liegen, so daß eine genaue Einstellung auf eine bestimmte Resonanzstelle, wie sie bei vorbekann- ι ο ten Anlagen notwendig war, bei besonders günstiger Wahl der Frequenzen entbehrlich wird.

Weiter ist es zweckmäßig, die verwendete Körperschallfrequenz so zu wählen, daß die Wellenlänge im Objekt so klein wird, daß sie unterhalb der räumlichen Ausdehnung der zu erwartenden Beschädigungen liegt. In diesem Falle wird schon bei kleinen Beschädigungen in dieser Größenordnung eine starke Gruppenlaufzeit-Verschiebung eintreten. Im allgemeinen ist es ausreichend, eine Wellenlänge von einigen Zentimetern zu 2« verwenden. Auch diese Forderung führt zur Wahl von Ultraschallfrequenzen über 100 kHz.

Um den Einfluß von Amplitudenänderungen vollständig auszuschalten und damit die Schutzvorrichtung völlig unabhängig von einer bloßen Berührung des geschützten Objektes zu machen, erweist es sich weiter als zweckmäßig, eine Frequenzmodulation der Trägerschwingung vorzusehen. Besonders günstig ist ein einfaches Umtasten der Frequenz zwischen zwei Werten. Die Feststellung einer Zeitverschiebung, d. h. M) der Gruppenlaufzeit ist hierbei besonders einfach, da lediglich die Zeitverschiebung der Frequenzsprünge an der Empfangsstelle im Vergleich zur Sendestelle beobachtet werden muß.

Anhand der F i g. 1 bis 3 werden die Wirkung des is erfindungsgemäßen Verfahrens und ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.

In Fig. 1 wird das überwachte und geschützte Medium durch eine Glasscheibe 1 eines Schaufensters w oder einer Vitrine als Beispiel für die Anwendung der Erfindung dargestellt. An dieser Scheibe ist an einer Stelle ein Schallsender 2 angebracht, welcher vorzugsweise mit einem piezoelektrischen Element Schallschwingungen erzeugt und an die Scheibe 1 gibt. Entfernt davon ist ein Schwingungsaufnehmer 3 befestigt, vorzugsweise ebenfalls ein piezoelektrischer Vibrationsaufnehmer. Schwingungsgeber 2 und Aufnehmer 3 sind mit einer Steuer- und Auswerteschaltung 4 verbunden, welche wiederum eine Alarmeinrichtung 5 steuert.

F i g. 2 zeigt beispielhaft den Aufbau eines Steuer- und Auswertegerätes 4. Der Schallsender 2 wird von einem Ultraschall-Generator 7 gespeist. Die Schwingungsfrequenz dieses Ultraschall-Generators 7 liegt bei Anwendung des Verfahrens auf Schaufensterscheiben der üblichen Größe etwa im Bereich 120 bis 180 kHz. Durch einen Frequenztaktgeber 6 wird die Schwingungsfrequenz des Generators 7 periodisch um einen kleinen Betrag, z. B. ± 100 Hz verändert so daß der Generator 7 eine frequenzmodulierte Schwingung an den Ultraschall-Sender 2 abgibt bei welchem das Modulationssignal in einer Rechteckspannung besteht In Fig.3a ist dieses Frequenzmodulationssignal wiedergegeben. Fig.3b stellt in schematischer Form den zeitlichen Verlauf der in dieser Weise frequenzmodulierten, vom Sender 2 an die Glasscheibe abgegebenen Schwingung dar.

Durch diese Schwingungen wird nun die Glasscheibe 1 in Schwingung versetzt und es stellt sich ein bestimmtes Schwingungsbild mit Knotenlinien und Schwingungsbäuchen ein, welches der nächstliegenden Resonanzfrequenz der Übertragungsstrecke (Geber-Medium-Empfänger) entspricht. Um in jedem Fall eine genügende Schwingungsintensität zu erzeugen, ist es zweckmäßig, die Trägerfrequenz in ein solches Frequenzgebiet zu legen, wo sehr viele benachbarte Resonanzstellen der Glasscheibe, welche verschiedenen Schwingungsmustern entsprechen, liegen. Beobachtungen zeigten, daß dies bei den üblichen Scheibenabmessungen in der Regel im Gebiet zwischen 120 und 180 kHz der Fall ist.

An der Meßstelle, wo der Schwingungsaufnehmer 3 befestigt ist, wird nun eine bestimmte Schallschwingung registriert, wie sie beispielsweise in F i g. 3c wiedergegeben ist. Es zeigt sich, daß bei dieser empfangenen Schallschwingung das Modulationssignal, d. h. die Frequenzsprünge gegenüber dem ausgesandten Signal eine gewisse Zeitverschiebung aufweisen, wie in F i g. 3d dargestellt. Diese Zeitverschiebung entspricht bei einfachen sinusförmigen Schallschwingungen der durch die Schallgeschwindigkeit und den geometrischen Abstand bestimmten Laufzeit des Schalls zwischen der Sendestelle 2 und der Empfangsstelle 3. Bei geeigneter Wahl von Trägerfrequenz, Taktfrequenz und Frequenzhub kann sie jedoch um ein Vielfaches größer sein. Der Grund liegt offenbai in einem Phänomen, welches dem aus der Technik der Übertragung von Schwingungen bekannten Gruppenlaufzeiteffekt entspricht. Dabei handelt es sich darum, daß ein Modulationssignal, welches durch ein Übertragungsmedium mit Frequenzresonanzeigenschaften, z. B. über ein schmales Bandfilter übertragen wird, eine Zeitverzögerung (Phasenoder Gruppenlaufzeit) erleidet, deren Größe von der Breite der Resonanzstelle und dem Fourier-Frequenzspektrum der modulierten elektrischen Schwingung im Vergleich dazu abhängt.

Es zeigt sich offenbar, daß mechanische Schallschwingungen diesen Effekt zeigen können, wenn sie in einem schalleitenden Medium mit Eigenresonanzstellen im Gebiet der Trägerfrequenz übertragen werden. Als Resonator wirkt im beschriebenen Ausführungsbeispiel die gesamte Glasscheibe 1, welche insbesondere bei höheren Frequenzen entsprechend der großen Zahl von Freiheitsgraden eine Vielzahl von Resonanzstellen aufweist.

Mit Vorteil läßt sich offenbar ausnützen, daß bereits bei einer geringfügigen Beschädigung der Scheibe, z. B. bei einem Abbrechen eines Stückes, einem Anschneiden oder Durchbohren, wobei die Beschädigungen etwa im Größenordnungsbereich der Schallwellenlänge in der Glasscheibe liegen, eine derartige Verschiebung der einzelnen Resonanzstellen eintritt, daß die scheinbare Laufzeit zwischen Sendestelle 2 und Empfangsstelle 3 sich stark ändert, dabei ist es relativ gleichgültig, an welcher Stelle Sender und Empfänger angebracht sind und wo die Beschädigung erfolgt Auch wenn wie in F i g. 1 dargestellt, Sender und Empfänger an einer Kante angebracht sind und die Beschädigung z. B. das Abbrechen einer Ecke auf der entgegengesetzten Seite erfolgt also keinesfalls zwischen Sender und Empfänger, erfolgt eine erhebliche Verschiebung der Resonanzstellen. Es wird also stets das gesamte Medium unabhängig vom genauen Anbringungsort von Sender und Empfänger überwacht

Eine bloße Berührung der Glasscheibe oder Benet-

zung durch Regen etc. führt dagegen nicht zu einer Verschiebung der Eigenresonanzstellen, sondern lediglich zu einer Amplitudendämpfung. Die Zeitverschiebung, welche ausschließlich zur Auswertung herangezogen wird, bleibt dabei unverändert, so daß bei einer Berührung der Glasscheibe oder z. B. durch Anklopfen ohne Beschädigung der Scheibe keine Veränderung registriert wird. Eine Fehlalarmauslösung durch Berührung, Anklopfen, Regen oder Hagel ist also hierbei ausgeschlossen.

Weiter ist von Vorteil, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im günstigen Fall der Sender nicht genau auf eine bestimmte Resonanzstelle eingestellt werden muß, da das Verfahren völlig amplitudenunabhängig arbeitet. Es genügt, wenn in der Umgebung der Trägerfrequenz Eigenresonanzen liegen.

Die Auswertung des empfangenen Signales geschieht, wie in F i g. 2 dargestellt, dadurch, daß das vom Schwingungsaufnehmer 3 empfangene Schwingungssignal mittels eines mechanisch-elektrischen Wandlers, z. B. eines piezoelektrischen Kristalls wieder in ein elektrisches Signal umgesetzt wird, welches einer elektrischen Schaltung 8 und 9 zugeleitet wird. Diese Schaltung enthält einen Verstärker 8 zur selektiven Verstärkung des aufgenommenen Signales und einen Frequenzdemodulator 9, an dessen Ausgang nur noch das übertragene Modulationssignal erscheint. Zweckmäßigerweise kann diese Schaltung 8 und 9 als phasensynchronisierte Regelschleife (phase locked loop, P. L. L.) ausgebildet sein. Diese stellt ein sich selbst abstimmendes Filter dar und stellt sich somit automatisch auf die empfangene Trägerfrequenz ein und verstärkt das Gebiet um diese Frequenz automatisch auf einen vorgegebenen Wert, und liefert gleichzeitig das Demodulations-Signal, wobei sie als Frequenzmodulator 9 wirkt, an dessen Ausgang also ein Signal gemäß F i g. 3d auftritt.

Mittels eines Koinzidenzgatters 10, dessen Eingänge einerseits mit dem Frequenzmodulator 9 und andererseits mit dem Frequenztaktgeber 6 verbunden sind, wird nun das empfangene Modulationssignal gemäß F i g. 3d mit dem gesendeten Signal gemäß F i g. 3a verglichen. Am Ausgang des Koinzidenzgatters tritt nur dann ein Signal 1 auf, wenn beide Signale übereinstimmen; da die Signale des Frequenzmodulators 9 jedoch gegenüber denen des Taktgebers 6 zeitverschoben sind, entsteht am Ausgang des Gatters 10 ein periodisches Rechtecksignal, wie in F i g. 3e dargestellt. Dieses Signal wird nun von einer Integrationseinrichtung 11 integriert, d.h. es wird dessen Mittelwert gebildet

Koinzidenzgatter und die Einrichtung zur Mittelwertbildung können auch zu einem Koinzidenz-Diskriminator vereinigt sein. Das Ausgangssignal am Koinzidenz-Diskriminator ist vom Zeitunterschied der beiden Eingangssignale am Koinzidenzgatter abhängig.

Das Ausgangssignal bzw. der Mittelwert werden einer Alarmeinrichtung zugeleitet, welche ein Alarmsignal auslöst, wenn der Mittelwert sich um einen bestimmten Betrag nach der einen oder nach der anderen Richtung ändert, d. h. einen bestimmten oberen oder unteren Schwellenwert erreicht Beispielsweise kann zu diesem Zweck ein Doppel-Komparator oder ein Doppel-Schmitt-Trigger verwendet werden. Um langsame Änderungen, welche z. B. durch Temperaturschwankungen entstehen können zu kompensieren, kann die Auswerteschaltung jedoch auch eine Differenziereinrichtung aufweisen, welche nur dann ein Alarmsignal auszulösen gestattet, wenn sich der Mittelwert in einer bestimmten Zeit um einen bestimmten Betrag ändert, d. h. eine bestimmte Änderungsgeschwindigkeit aufweist. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Frequenz nachgeregelt werden muß. Da das erfindungsgemäße Verfahren im günstigen Fall ohnehin keine genaue Einstellung der Frequenz auf eine vorbestimmte Resonanzstelle nötig macht und die P. L L-Schaltung sich automatisch einregelt, wird die Einrichtung von vorherein erheblich störunanfälliger und fehlalarmsicherer und es kann auf komplizierte Stabilisations- und Synchronisationseinrichtungen verzichtet werden.

Es sei noch erwähnt, daß die Erfindung nicht nur wie im beschriebenen Ausführungsbeispiel die Überwachung von Glasscheiben, sondern in gleicher Weise für

die Überwachung anderer Medien, z. B. beliebiger schalleitender Flächen oder Gegenstände Anwendung finden kann, darüber hinaus in ähnlicher Weise auch für die Überwachung eines gesamten Raumes. Das schalleitende Medium 1 wird in diesem Fall von der im Raum befindlichen Luft gebildet, wobei die Ultraschallfrequenz entsprechend den veränderten Bedingungen entsprechend niedriger gewählt werden muß.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist der, daß die Auswertung durch Vergleich der ausgesendeten Schallschwingungen mit den empfangenen Schallschwingungen geschieht. Falls an irgendeiner Stelle der Schaltung ein Funktionsfehler eintritt, wird einer der Eingänge der Vergleichsschaltung 10 ein geändertes Signal aufweisen und somit Alarm gegeben.

jo Das erfindungsgemäße Überwachungssystem ist also weitgehend automatisch funktionsüberwacht Der Vollständigkeit halber sei noch darauf hingewiesen, daß als Vergleichsschaltung 10 nicht nur beim Koinzidenzgatter wie beschrieben ein UND-Gatter verwendet werden

J5 kann, sondern mit gleicher Wirkung auch Antikoinzidenzgatter (NAND-Gate) oder beispielsweise eine Differenzschaltung oder ein Spannungs-Komparator. Ebenso ist die Erfindung nicht auf die Verwendung eines frequenzmodulierten Signales in der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Form beschränkt, sondern zeigt die gleichen Vorteile bei Verwendung einer beliebigen anderen Frequenz-, Phasen-, Puls- oder gegebenenfalls auch einer Amplitudenmodulation, soweit diese eine Feststellung und Auswertung einer Zeitverschiebung des Modulationssighales gestattet.

Das beschriebene Verfahren kann auch, wie in F i g. 4 dargestellt, zur gleichzeitigen Überwachung mehrerer schalleitender Gegenstände G 1, G 2, G 3 und G 4 von einer einzigen zentralen Auswerteeinheit C benützt

so werden. Dabei wird das modulierte Ultraschallsignal zunächst einem am Gegenstand G1 angebrachten Ultraschall-Geber Sl zugeleitet. Das am gleichen Gegenstand von einem Ultraschall-Aufnehmer Fl abgenommene Signal wird einem am zweiten Gegenstand G 2 angebrachten Sender S2 zugeführt durch den Gegenstand G 2 übertragen und von einem Ultraschall-Aufnehmer £2 aufgenommen und zu den weiteren geschützten Gegenständen weitergeleitet Bei jeder Übertragung durch einen Gegenstand erleidet das modulierte Ultraschallsignal eine zusätzliche Laufzeitverzögerung. Diese einzelnen Laufzeitverschiebungen summieren sich und die gesamte Laufzeitverschiebung wird vom letzten Aufnehmer an die zentrale Auswerteeinheit C zurückgeleitet Falls nun irgendeiner der

mittels dieses Überwachungssystems in Serie geschalteten Gegenstände irgendeine Beschädigung erleidet, so wird sich die Gruppenlaufzeit des Ultraschallsignales in diesem Gegenstand ändern und damit auch die vom

letzten Aufnehmer registrierte Gesamtlaufzeit.

Ein ähnliches System ist zwar bereits anhand eines Ultraschall-Überwachungssystemes beschrieben worden, bei welchem die einzelnen Gegenstände zu Resonanzschwingungen angeregt werden und eine Amplitudendämpfung eines der geschützten Gegenstände zur Alarmauswertung benützt wird. Für dieses System war es jedoch notwendig, daß sämtliche Gegenstände in Resonanzschwingungen gebracht werden können, da sonst die Übertragungsstrecke unterbrochen würde. Es war also nur möglich, Gegenstände genau der gleichen Größe und Art, also mit genau gleichen Resonanzstellen zu schützen. Da dies in der

ίο

Praxis fast nie zu erreichen ist, konnte dieses System bisher keine praktische Anwendung finden.

Da das erfindungsgemäße Auswerteverfahren jedoch völlig amplitudenunabhängig arbeitet und keine genaue Einstellung auf Resonanzstellen nötig macht, ist es nunmehr möglich geworden, auch verschiedenartige Gegenstände mit völlig verschiedenem Resonanzspektrum in einer einzigen Überwachungsanlage hintereinander zu schalten. Durch Benützung der Laufzeitverschiebung zur Alarmauswertung kann also erreicht werden, daß eine große Zahl von Gegenständen verschiedener Art sicher mit einem einzigen Überwachungssystem überwacht werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (21)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überwachung schalleitender Medien, bei welchem an einer Stelle des schalleitenden Mediums Schallsignale erzeugt werden und an einer anderen Stelle die durch das Medium übertragenen Schallsignale aufgenommen werden und bei vorbestimmten Abweichungen der aufgenommenen Schallsignale ein Alarmsignal ausgelöst wird dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Verschiebung der aufgenommenen Schallsignale im Vergleich zu den erzeugten Schallsignalen festgestellt wird, und daß bei einer vorbestimmten Änderung dieser zeitlichen Verschiebung ein Alarmsignal ausgelöst wird.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen von einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Signale gespeisten, an das überwachte Medium Schallsignale abgeberden Schallgeber (2), durch einen die durch das Medium übertragenen SchallsignaJ in ein elektrisches Signal umwandelnden Schallaufnehmer (3) und eine Auswerteschaltung (4), welche eingerichtet ist, die zeitliche Verschiebung der Schallschwingungen des aufgenommenen Signales im Vergleich zum erzeugten Signal festzustellen und bei einer vorbestimmten Änderung dieser Zeitverschiebung eine Alarmeinrichtung (5) anzusteuern.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallsignale sinusförmige Schwingungen sind, und daß die Phasenverschiebung der aufgenommenen und erzeugten Schwingungen zur Alarmgabe ausgewertet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallsignale aus einer modulierten Trägerschwingung bestehen und daß die zeitliche Verschiebung der Modulation der aufgenommenen im Vergleich zu den erzeugten Schallschwingungen festgestellt, und daß bei einer vorbestimmten Änderung dieser zeitlichen Verschiebung der Modulation ein Alarmsignal ausgelöst wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Schallsignale frequenzmoduliert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der erzeugten Schallsignale periodisch zwischen zwei Frequenzen umgetaktet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Verschiebung des Frequenztaktes zwischen den aufgenommenen Schallsignalen und den erzeugten Schallsignalen festgestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alarmsignal ausgelöst wird, wenn die zeitliche Verschiebung des Frequenztaktes um einen vorgegebenen Betrag von einem eingestellten Wert abweicht.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alarmsignal ausgelöst wird, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der zeitlichen Verschiebung des Frequenztaktes einen bestimmten Wert übersteigt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallsignale im Frequenzbereich zwischen 120—180 kHz liegen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Signale einen Frequenztaktgeber aufweist und eingerichtet ist, einem Schallsender frequenzmodulierte Schwingungen zuzuführen.

12. Vorrichtung nach Unteranspruch 11, dadurch --, gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Einrichtung zur Frequenzdemodulation aufweist

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (4) eine phasensynchronisierte Rtgelschleife (phase locked

ίο loop) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (4) ein Koinzidenzgatter (10) aufweist, dessen Eingänge mit der Auswerteschaltung und mit dem Frequenztaktgenerator (6) verbunden sind und an dessen Ausgang ein bestimmtes Signal erscheint, wenn beide Eingangssignale gleich sind, und ein anderes Signal, wenn beide Eingangssignal verschieden sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (4) eine Einrichtung zur Mittelwertbildung (11) aufweist, deren Eingang mit dem Ausgang des Koinzidenzgatters verbunden ist

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch 2^ gekennzeichnet, daß das Koinzidenzgatter (10) und die Einrichtung zur Mittelwertbildung (U) zu einem Koinzidenz-Diskriminator vereinigt sind, an dessen Ausgang ein vom Zeitunterschied der beiden Eingangssignale abhängiges Ausgangssignal auftritt.

jo

17. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß der Ausgang der Einrichtung zur Mittelwertbildung (11) einen Alarmsignalgeber (5) steuert, wenn der Mittelwert um einen vorgegebenen Betrag von einem eingestellten Wert

J5 abweicht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Differenziereinrichtung aufweist, welche einen Alarmsignalgeber ansteuert, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Mittelwertes des Ausgangssignales des Koinzidenzgatters einen vorgegebenen Wert übersteigt.

19 Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schalleitende Medium eine

4^ri Glasscheibe ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schalleitende Medium eine metallische Tresorwand ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 2, zur gleichzeitigen Überwachung mehrerer schalleitender Objekte, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das erste Objekt übertragenen Schallsignale dem zweiten Objekt zugeleitet werden, die durch das zweite Objekt übertragenen Schallsignale dem nächstfol^r)5 genden Objekt usw. und die am letzten Objekt aufgenommenen Schallsignale zur Alarmsignalgabe ausgewertet werden.