DE2944830A1

DE2944830A1 - Detektorvorrichtung fuer bewegte objekte

Info

Publication number: DE2944830A1
Application number: DE19792944830
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Inoue; Mikio Kondo; Hiroshi Ohashi
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-11-08
Filing date: 1979-11-06
Publication date: 1980-05-14
Also published as: FR2441179A1; FR2441179B1; IT1162435B; IT7950762A0; GB2035559B; AU5246479A; HK59985A; DE2944830C2; JPS6243507B2; MY8600222A; AU518697B2; GB2035559A; JPS5563774A; US4287579A; SG45485G

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Detektorvorrichtung für bewegte Objekte, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Aus der US-PS 2 934 756 ist es bekannt, die Anwesenheit eines bewegten Objektes dadurch zu erfassen, daß kontinuierlich eine Welle in einen Uberwachungsraum abgestrahlt wird, die an dem Objekt in diesem Raum reflektierten Wellen von einem Empfänger aufgenommen werden, mittels eines Detektors die Schwegungen in den Ausgangssignalen des Empfängers aufgrund von Veränderungen des Abstands zwischen dem Objekt und der Strahlungsquelle erfaßt werden, also aufgrund des durch die Bewegungen des Objektes verursachten Dopplereffektes, und eine Anzeige des erfaßten Ausgangssignals erfolgt, wenn dieses einen vorbestimmten Pegel überschreitet. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind jedoch eine Fehlanzeige oder eine Herabsetzung des Signal/Störsignal-Verhältnisses durch Störsignale aufgrund von Schwankungen der bei der Ausbreitung der Wellen vorhandenen Bedingungen oder durch die sich in der Richtung ändernden Bewegungen des Objektes innerhalb des überwachten Raumes möglich.

Aus der US-PS 3 432 855 ist eine Vorrichtung mit der in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung werden Störungen dadurch ausgeschaltet, daß ein sich dauernd in einer Richtung bewegendes Objekt ein Dopplersignal entweder oberhalb oder unterhalb der Frequenz des abgestrahlten Signals erzeugt und die Frequenz von Störsignalen andererseits sowohl auf die Bereiche oberhalb als auch unterhalb der Frequenz der abgestrahlten Welle verteilt ist. Bei dieser Anordnung wird das von einem Generator 10 erzeugte Signal über eine Strahlungsquelle 2' abgestrahlt, die reflektierten Wellen werden von einem Empfangswandler 3¹ empfangen und das Empfangssignal wird an Mischer 12 und 14 angelegt; es werden dann ein erstes

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Dopplersignal E und ein zweites Dopplersignal E', dessen Phase durch einen Phasenschieber 16 um 90° gegenüber dem ersten Doppiersignal E verzögert ist, gewonnen, und ein drittes Doppler· signal E" wird erzeugt, dessen Phase in einem Phasenschieber 19 um 90° gegenüber dem zweiten Dopplersignal E¹ verzögert ist. Wenn ein bewegter Gegenstand 30 sich der Strahlungsquelle 2* nähert, ist die Frequenz des Dopplersignals höher als die abgestrahlte Frequenz, so daß das erste und das dritte Dopplersignal E bzw. E" dieselbe Phase haben; ein Korrelator erzeugt dann ein Signal mit positiver Spannung. Wenn sich das bewegte Objekt 30 von der Stahlungsquelle 2' entfernt, ist die Frequenz des Dopplersignals geringer als die abgestrahlte Frequenz, und die Doppiersignale E und E" haben die umgekehrte Phasenbeziehung, so daß der Korrelator 52 ein Signal mit negativer Spannung erzeugt, Wenn also ein bewegtes Objekt vorhanden ist, ist entweder eine positive oder eine negative Signalspannung vorhanden. Das Signal wird von einem Integrator integriert, der einen Widerstand 60 und einen Kondensator 62 enthält. Das Ausgangssignal des Integrators wird von einem Verstärker 64 verstärkt und von einer Anzeigeeinrichtung 66 angezeigt. Der Integrator hat die Aufgabe, vorhandene Störgeräusche zu unterdrücken. Es ist zwar in der US-PS 3 422 855 nicht ausgeführt, warum diese Unterdrückung stattfindet, offensichtlich ist jedoch, daß der Korrelator 52, solange die Frequenz der Störgeräusche oberhalb und unterhalb der abgestrahlten Frequenz verteilt ist, positive und negative Signalspannungen mit statistischer Gesetzmäßigkeit erzeugt, so daß diese positiven und negativen Signale kein Ausgangssignal des Integrators verursachen. In dieser Druckschrift ist also eine Detektorvorrichtung für bewegte Objekte vorgeschlagen, die imstande ist, eine Bewegungsrichtung zu erfassen und gleichzeitig den Einfluß von Störgeräuschen zu unterdrücken. Bei dieser Vorrichtung ist jedoch die Verwirklichung des Phasenschiebers 19 schwierig. Bei einem bewegten Objekt wie einer menschlichen Person, deren Bewegungsgeschwln-

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digkeit variabel ist und gering bis schnell sein kann, hat nämlich die Frequenz des erzeugten Dopplersignals eine Bandbreite von einer Oktave. Um die Phase eines solchen Dopplersignals mit allen Frequenzbestandteilen exakt um 90° zu verschieben, muß also der Phasenschieber 19 sehr breitbandig sein und ist daher sehr teuer. Ferner sind das erste und das dritte Dopplersignal E bzw. E" oft nicht von der gleichen oder umgekehrten Phasenlage, so daß die Erfassungsempfindlichkeit stark herabgesetzt wird.

In der US-PS 3 665 443 ist ferner vorgeschlagen, das Phänomen auszunutzen, daß das Spektrum eines bewegten Objektes asymmetrisch in bezug auf die Frequenz der abgestrahlten Welle ist, während das Spektrum eines Störgeräusches symmetrisch dazu ist. Diese Druckschrift schlägt also eine Detektorvorrichtung vor, die diese unterschiedlichen Spektrralcharakteristika ausnutzt. Im Vergleich zu der Detektorvorrichtung nach der zuvor erwähnten US-PS 3 432 855 hat diese bekannte Vorrichtung die Eigenschaft, daß ein erstes und ein zweites Signal beim Auftreten von Störungen erzeugt werden können, und den Vorzug, daß eine bessere Störgeräuscherfassung ermöglicht wird. Das System nach der US-PS 3 665 443 ist in Fig. 2Λ der beigefügten Zeichnung dargestellt. Das von einem Oszillator 1 erzeugte Signal wird in Form von Ultraschallwellen von einem Wandler 2' abgestrahlt, die reflektierten Wellen werden von einem Ultraschallwandler 3¹ empfangen und dessen Empfangssignal wird von einem Seitenband-Phasenspalter 4 in obere Seitenbandschwingungen mit einer Frequenz, die größer ist als die des abgestrahlten Signals, und untere Seitenbandschwingungen mit einer Frequenz, die geringer ist als diejenige des ab gestrahlten Signals und umgekehrte Polarität der oberen Seitenbandsignale aufweist, aufgespalten; beide Seitenbandsignale werden über ein Filter 5a und einen Schwingungsdetektor 6a bzw." Filter 5b und Schwingungsdetektor 6b einem Addierer 7 zugeführt und darin addiert; das Additionsergebnis wird von einer Integrationsschaltung 8¹ integriert, die Zeitspanne ,

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während der die Energie eines der Seitenbänder größer ist als die des anderen, wird durch eine Schwellwertschaltung 9* bezüglich des integrierten Ausgangesignals der Integrator schaltung 8' erfaßt und ein Alarm wird von einer Alarmanlage 11 ausgelöst bzw., wenn beide Seitenbänder abgeglichen sind, wird kein Alarm ausgelöst.

Bei der Anordnung nach der genannten US-PS 3 655 443 ist es jedoch immer noch möglich, daß ein Fehlalarm gegeben wird« wenn zufällig die Störsignale nicht statistisch ausgeglichen sind, z.B. bei Ultraschallwellen, die von einem Schlüsselbund abgestrahlt werden, den eine bewegte Person trägt, wie in Fig. 2B dargestellt ist. In dieser Figur zeigt eine Kurve X das Spektrum eines ausgeglichenen Störgeräuschs, wie es von einer Klingel verursacht wird, und eine Kurve Y zeigt ein unausgeglichenes Störgeräusch. Ferner kann es vorkommen, daS kein Alarm ausgelöst wird, wenn ein sogenannter "Rückschlageffekt¹¹ auftritt. Bei diesem Effekt wird die Anwesenheit eines bewegten Objektes nicht erfaßt. Wie in Fig. 2C dargestellt ist, sind bei Anwesenheit eines bewegten Objektes 30, z.B. einer Person, die sich an eine Wandoberfläche annähert, die im wesentlichen rechtwinkelig zur Hauptbewegungsrichtung der abgestrahlten Ultraschallwellen liegt, eine Frequenz fd des direkt an dem bewegten Objekt reflektierten Doppiersignals und eine Frequenz fd¹ des indirekt an dem bewegten Objekt 30 über die Wandungsoberfläche reflektierten Signals oberhalb bzw. unterhalb der Frequenz f der abgestrahlten Welle vorhanden; sowohl das direkte als auch das indirekte Dopplersignal werden gleichzeitig erzeugt und ausgewertet, so daß die Anwesenheit des Objektes praktisch nicht erfaßt werden kann. Dies ist ein Fall, in dem es praktisch unmöglich ist, entweder ein erstes oder ein zweites Signal in Abhängigkeit von der Spektralcharakteristik bei der Anwesenheit des Objektes zu erzeugen,' wie es in der US-PS 3 665 443 vorgeschalgen ist. Gemäß dieser Druckschrift werden ferner sowohl das erste

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als auch das zweite Signal gleichzeitig erzeugt, wenn ein Störsignal vorhanden ist. Wenn also unter den obigen Bedingungen ein bewegtes Objekt vorhanden ist, so werden sowohl das erste als auch das zweite Dopplersignal erzeugt, und das bewegte Objekt kann nicht erfaßt werden. Die vorstehend beschriebenen Effekte sind Mängel der bekannten Detektorvorrichtung, die dazu führen, daß ein eindringendes Objekt nicht erfaßt wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Detektorvorrichtung für bewegte Objekte, die von diesen Mängeln frei ist und insbesondere sehr zuverlässig arbeitet und keinen Fehlalarm gibt, wenn Störeinflüsse o.dgl. wirksam sind. Trotzdem soll die Detektorvorrichtung einen einfachen Aufbau haben und kostengünstig realisierbar sein. Insbesondere sollen eine Frequenzanalyse der Spektralcharakteristik des Empfangssignals und die damit verbundenen Fehlfunktionsmöglichkeiten ausge schaltet werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Detektorvorrichtung gelöst, die im Anspruch 1 gekennzeichnet ist.

Besondere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Schaltungsanordnung einer Detektorvorrichtung für bewegte Objekte;

Fig. 2A ein Blockschaltbild einer anderen herkömmlichen Schaltungsanordnung;

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Fig. 2B und 2C Diagranune zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 2A;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindungι

Fig. 4 eine konkrete Schaltungsanordnung der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Doppiersignale allgemein bezüglich Vektor und Phasenwinkel;

Fig. 6A ein ähnliches Diagramm wie in Fig. 5, jedoch zur Erläuterung der Doppiersignale für den Fall eines bewegten Gegenstandes;

Fig. 6B Signalformen an den verschiedenen Teilen der in Fig. 4 gezeigten Anordnung im Betrieb und bei einem bewegten Gegenstand;

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Zustände der Dopplersignale beim Betrieb der Vorrichtung nä*ch Fig. 4;

Fig. 8 Signalformen an den verschiedenen Teilen der in Fig. 4 gezeigten Schaltungsanordnung im Betrieb/ wenn eine Klingel läutet; und

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines elektronischen Schalters, der in einer Quadranten-Verschiebungsrichtung-Detektorschaltung der Anordnung nach Fig. 3 verwendet wird.

Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen.

Die" Detektorvorrichtung zur Erfassung von bewegten Gegenständen enthält einen Oszillator 1, dessen Schwingungsfrequenz z.B.

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Ultraschallwellen sind und dessen Ausgangssignal als abzustrahlendes Signal E ' einem abstrahlenden Wandler 2 zugeführt wird, der z.B. zwei Elektroden aufweist, die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen eines piezoelektrischen Kristallelements angeordnet sind. Der Wandler 2 strahlt also Ultraschallwellen in den überwachten Raum ab. Ein Empfangswandler 3 gleichen Aufbaus wie der abstrahlende Wandler 2 ist gemeinsam mit diesem innerhalb der überwachten Zone angeordnet, und zwar derart, daß er jeglich von einem Gegenstand innerhalb des Raumes reflektierten Ultraschallwellen empfängt und diese in elektrische Empfangssignale E. umsetzt. Ein Phasenschieber 13 empfängt das abgestrahlte Signal E₄ ¹ direkt aus dem Oszillator 1 und verschiebt dessen Phase, so daß ein Signal E. gebildet wird. Ein Mischer 15 ist mit dem Phasenschieber 13 und ein Mischer 17 mit dem Oszillator 1 verbunden, so daß der Mischer 15 das Empfangssignal E. empfängt und mit dem phasenverschobenen Signal E. vermischt, während der Mischer 17 das Empfangssignal E. ' empfängt und mit dem abgestrahlten Signal E ' mischt. Diese gemischten und erfaßten Signale E., E. sowie E₄ ¹, E. ' werden von Verstärkern 18, 18a verstärkt, die zwei Dopplersignale E und E¹ erzeugen. Binärzahl-Umsetzer 21, 22, die mit den Verstärkern 18, 18a verbunden sind, setzen die Dopplersignale E bzw. E¹ in zwei Binärzahlen X und Y aus Digitalsignalen um, die jeweils eine Quadranteninformation beinhalten. Diese Information bezeichnet, wenn das Empfangssignal eine Vektoranzeige ist und das abgestrahlte Signal E₄ bzw. E.¹ als Referenzvektor herangezogen wird, einen bestimmten Quadranten, in dem ein Empfangssignalvektor E. vorhanden ist. Ferner sind an die Verstärker 18, 18a Pegel-Detektorschaltungen 23, 24 angeschlossen, die ermitteln, ob der Vektor E. vorhanden ist oder nicht, je nachdem ob der Signalpegel des Vektorsignals oberhalb eines vorbestimmten Pegels liegt oder nicht. Die Ausgangssignale dieser Pegel-Detektorschaltungen 23, 24 werden an eine OR-Schaltung 25 angelegt, die beim Empfang des Ausgangssignals aus einem der beiden Pegel-Detektorschaltungen 23, 24 ein Signal erzeugt,

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welches das Vorhandensein des Vektors E. anzeigt. Eine Quadranten-Signalgeneratorschaltung 26 1st mit den Umsetzern 21, 22 und mit der OR-Schaltung 25 verbunden, um ein Quadran tensignal I, II, III bzw. IV zu erzeugen, die im Verhältnis 1:1 dem jeweiligen Quadranten entsprechen, in dem der Vektor E, vorhanden ist, und zwar auf der Grundlage einer gegebenen Kombination der binären Digitalsignale X und Y. Eine Quadranten-Verschiebungsrichtung-Detektorschaltung 27 empfängt diese Quadrantensignale I bis IV und erzeugt ein einzelnes Signal Z in Form einer positiven oder negativen Spannung, ansprechend auf die Aufeinanderfolgen der empfangenen Quadrantensignale, d.h. ansprechend darauf, aus welchen Quadranten das Quadrantensignal zu einem bestimmten Zeitpunkt verschoben wurde, so daß in unterscheidbarer Weise eine Richtung angezeigt wird, in welcher der Vektor verschoben wird; die Schaltung 27 hält dieses positive oder negative Signal Z aufrecht, bis das Quadrantensignal zu einem anderen Quadranten verschoben ist oder verschwindet. Eine Integrationsschaltung 8 empfängt und integriert das Ausgangssignal der Quadranten-Verschiebungsrichtung-Detektorschaltung 27, und ihr integriertes Ausgangssignal wird von einer Schwellwertschaltung 9 erfaßt, die einen vorbestimmten Grenzpegel aufweist. Die Schwellwertschaltung 9 steuert mit ihrem Detektionssignal eine Anzeige-Treiberschaltung 28 an, welche die Anwesenheit eines sich bewegenden Gegenstandes anzeigt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gelangen Ultraschallwellen zur Anwendung; anstelle von Ultraschallwellen können jedoch auch andere Arten von Wellen, insbesondere Mikrowellen, zur Anwendung gelangen.

Anhand von Fig. 4 wird nun ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung der zuvor beschriebenen Vorrichtung beschrieben. Das abgestrahlte Signal E₄ ¹ wird von dem Oszillator 1 erzeugt, der ein schwingendes Kristallelement XL enthält.

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Der Phasenschieber 13 enthält einen Kondensator C. _# einen Widerstand R₁ und einen Operationsverstärker OP . Es werden nun kurz die beiden Dopplersignale anhand von Fig. 5 erläutert, die von den Verstärkern 18, 18a abgegeben werden; diese Signale sind bereits z.B. in der US-PS 3 432 855 erläutert. Wenn eine Vektorbezeichnung in rechtwinkeligen Koordinaten gemäß Fig. 5 angegeben wird, wobei das Eingangssignal des Mischers 17 aus dem Oszillator 1 mit E.' und die Dopplerkomponente des Empfangssignals mit E. bezeichnet werden, während das Eingangssignal des Mischers 15 aus dem Phasenschieber 13 mit E. bezeichnet wird, so bestehen die folgenden Beziehungen zwischen den Doppiersignalen E und E¹ und dem Vektor E. des empfangenen Signals, wenn der Phasenwinkel der empfangenen Dopplerkoniponente E. in bezug auf den als Referenzvektor angenommenen Vektor E-θ ist:

E = |E. I cos θ (wie in dem senkrechten Wellenzug-

diagramm in Fig. 5) und

E¹ = |E. I sin θ (wie in dem waagerechten Wellenzug-

diagramm nach Fig. 5).

Gemäß der US-PS 3 4 32 855 wird als wichtig erachtet, daß diese Phasenbeziehung zwischen den Dopplersignalen E und E¹ verschieden von dem Fall ist, wo eine einzelne obere Seitenbandschwingung vorhanden ist, und von dem Fall, wo eine einzelne untere Seitenbandschwingung vorhanden ist. Das Dopplersignal E eilt also bei einem sich annähernden Objekt in der Phase gegenüber dem Dopplersignal E¹ um 90° voraus (wie gestrichelt eingezeichnet ist), wird jedoch um 90° verzögert (wie mit durchgezogenem Strich eingezeichnet), wenn das Objekt sich entfernt. Wenn jedoch z.B. eine menschliche Person sich bewegt oder läuft, so haben die verschiedene Körperteile verschiedene Geschwindigkeiten, so daß der Vektor des Empfangssignals E. ein resultierender Vektor ist, der sämtliche Voreil- und Ver-

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zögerungssignale als Informationen enthält, wie in den rechtwinkeligen Koordinaten eingezeichnet ist, und zwar in Form von Quadranten I bis IV in Fig. CA; im allgemeinen ist die Signalform der Dopplersignale E, E* nicht das einzelne in Fig. 5 gezeigte Sinussignal, sondern ein deformiertes Schwingungssignal, wie in Fig. 6A gezeigt ist.

Selbst aber, wenn der Vektor E. des empfangenen Signals das Ergebnis einer Kombination verschiedener Komponenten ist, haben die Dopplersignale E, E* die Beziehung der oben angegebenen Formel, d.h. ein einzelner Punkt P in dem rechtwinkeligen Koordinatensystem nach Fig. 5 hat als Ursprung die Spitze des Bezugsvektors E.. Der Rotationsvektor des Eingangs* signals E. kann zu einem Zeitpunkt t.. die Werte E(t..) bzw. E¹Ct₁) haben, die in die rechtwinkeligen Koordinatensysteme für E bzw. E¹ in Fig. 6Ά eingetragen sind. Der Vektor des Empfangssignals E, kann also korrekt reproduziert werden, selbst dann, wenn die Doppiersignale E und E' kombiniert werden und der Empfangsvektor E. verschiedene Frequenzkomponenten enthält. Die so gewonnenen Doppiersignale E und E* enthalten jedoch in den meisten Fällen so viele Frequenzen, daß der aus der US-PS 3 432 855 entnehmbare Vorschalg, eine 9O°-PhastfhverSchiebung des gesamten Signals anzuwenden, ungeeignet ist. Ein Verfahren, bei dem die jeweiligen oberen und unteren Energiepegel des oberen und unteren Seitenbandes des spektralen Empfangssignals streng extrahiert werden, bei dem also der in Fig. 6A dargestellte Vektor analysiert wird und die jeweiligen Vektorkomponenten mit verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten voneinander getrennt werden, erfordert ferner eine komplizierte Schaltungsanordnung und ist trotzdem mit den zuvor erwähnten Mängeln behaftet. Wenn aber lediglich beurteilt wird/ ob die Phasenbeziehung der Doppiersignale E und E' eine 90°-Phasenvoreilung oder Phasenverzögerung ist, so können die deformierten Signalformen nach Fig. 6A keineswegs analysiert werden.

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Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, den Quadranten, in dem der Vektor E. vorhanden ist, und seine Verschiebungsrichtung auszunutzen. In Fig. 6A wird die Spitze E des Vektors in dem rechtwinkeligen Koordinatensystem folgendermaßen verschoben: I ■* II -»· III -»■ (IV-*-III -»■) IV ■*■ I. Offensichtlich erfolgen alle Verschiebungen mit Ausnahme der in Klammer angegebenen Verschiebung (IV -»■ III ·+) entgegen dem Uhrzeigersinn. Gleichzeitig sind zahlreiche geringe Änderungen innerhalb eines einzelnen Quadranten vorhanden, sie beeinflussen jedoch nicht die Quadrantensignale, und dies zeigt deutlich, daß der Vektor selbst insgesamt entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert. Gemäß der Erfindung wird also die Vektordrehung bezüglich der Verschiebung in den Quadranten erfaßt, und das sich bewegende Objekt wird ansprechend auf ein Signal, das eine solche Quadrantenverschiebung bezeichnet, erfaßt.

Die Doppiersignale E und E¹, die aus den Mischern 15, 17 und Verstärkern 18, 18a gewonnen werden, werden durch die Binärzahl-Umsetzer 21, 22 in Digitalsignale X und Y umgesetzt. In diesen Signalen X und Y werden jegliche Pegelinformationen in den Dopplersignalen E und E¹ ausgelöscht, und nur die Informationen hinsichtlich der Lage der Vektorspitze oberhalb oder unterhalb bzw. rechts oder links von den rechtwinkeligen Koordinaten E-E¹ bleiben erhalten. Diese Signale X und Y werden ferner miteinander kombiniert, und vier Quadrantensignale I, II, III und IV entsprechend dieser Kombination werden gemäß der nachfolgenden Tabelle I von der Quadranten-Signalgeneratorschaltung 26 erzeugt:

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- 15 -Tabelle 1

X	Y	I	II	III	IV	Anmerkung
1	1	O	1	1	1	wenn Vektor über vorbestimmten» Pegel liegt
O	1	1	O	1	1	wenn Vektor unter Pegel liegt
O	O	1	1	O	1
1	O	1	1	1	0
1 oder O	1 oder O	1	1	1	1

Dies kann leicht erreicht werden, wenn die Schaltung 26 als sogenannter Dekoder ausgebildet wird. Bei einer solchen Schaltung bedeutet das Signal "O", daß ein Signal in dem Quadranten vorhanden ist, und ein Signal "1" bedeutet, daß kein solches Signal in demselben Quadranten vorhanden ist. Wenn der Vektor jedoch unter einem vorbestimmten Pegel liegt, unabhängig von den Werten der Signale X und Y, so wird der Vektor zum Ursprung' zurückgeführt, und die Definition "Quadrantensignal" wird nicht erfüllt. Daher werden die jeweiligen Amplituden der Dopplersignale E und E* von den Pegel-Detektorschaltungen 23 und 24 erfaßt. Wenn eines der Doppiersignale oberhalb des vorbestimmten Pegels liegt, so erzeugt die OR-Schaltung 25, die in der Schaltung 26 vorhanden ist, ein Ausgangssignal und liefert das Quadrantensignal I, II, ΙΪΙ oder IV. In der Praxis kann die Pegelüberprüfung entweder hinsichtlich nur eines der Doppiersignale E und E¹ erfolgen, oder genauer hinsichtlich YIE"I + IE· I , oder deren Punktion wird untersucht, unter Berücksichtigung, daß der Abstand vom Ursprung innerhalb eines festen Bereiches liegt.

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Die Signale der Quadranten I, II, III und IV, in welchen die Spitzen der aus den Dopplersignalen gewonnenen Vektoren vorhanden sind, werden also durch Kombination der Binärsignale X und Y gewonnen. Diese Quadrantensignale werden dann an die Quadranten-Verschiebungsrichtung-Detektorschaltung 27 angelegt, um die,Verschiebungsrichtungen dieser Quadrantensignale zu untersuchen. Die Quadranten-Verschiebungsrichtung-Detektorschaltung 27 hat die Aufgabe, das jeweilige Quadranten-Verschiebungssignal kurzzeitig zu speichern und zu bestimmen, in welcher Richtung in bezug auf die vier Quadranten der Vektor verschoben wird, indem das gespeicherte Signal untersucht wird, wenn der Vektor in einen neuen Quadranten verschoben wurde, wobei dann ein neues Quadrantensignal erzeugt wird. Die Schaltung 27 enthält zwei RS-Flip-Flops FF₁ und FF_ in einer Speicherschaltung, acht Verknüpfungsschaltungen G₁ bis G_Q und acht Dioden D₁ bis D_Q, die einen Strom im Rückwärts-

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richtung verhindern.

Die oben umrissene Arbeitsweise des Erfindungsgegenstandes wird nun unter Bezugnahme auf das in Fig. 6B dargestellte Beispiel der Signale E und E" weiter erläutert. In Fig. 6B sind als (a) bzw. (b) die Schwingungsformen der Signale X bzw. Y dargestellt, die durch Umsetzung der auf derselben Achse dargestellten Dopplersignale E bzw. E¹ in Binärsignale erhalten werden. Wenn beide Binärsignale X und Y jeweils "1" sind, so erzeugt die Quadranten-Signalgeneratorschaltung 26 ein Signal für den Quadranten I, das in Fig. 6B als Kurve (c) dargestellt ist. Wenn die Binärsignale X und Y O und 1 bzw. O und O bzw. 1 und O sind, so erzeugt die Quadranten-Signal-Generatorschaltung 26 Signale für die Quadranten II bzw. III bzw. IV, wie in Fig. 6B als Kurven (d), (e) bzw. (f) eingezeichnet ist. Das Flip-Flop FF₁ wird durch die Quadrantensignale I und III umgekippt; die Ausgangssignale ρ bzw. q (Fig. 4} dieser Signalformen sind in Fig. 6B als Kurve (g) bzw. (h) eingezeichnet. Aus dem Schaltbild nach Fig. 4 geht hervor,

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daß während einer Zeitspanne, die von der Erzeugung des Quadrantensignals I bis zur Erzeugung des Quadrantensignals III dauert, ρ = 1 und q = O sind und daß bei den Quadrantensignalen Il und IV das Flip-Flop FF₁ nicht arbeitet. Nach der Erzeugung des Quadrantensignals III bis zur Erzeugung des Quadrantensignals I sind ρ - O und q ■ 1. In der gleichen Weise wird das Flip-Flop FF₂ von den Quadrantensignalen II und IV angesteuert. Während der Zeitspanne nach der Erzeugung des Quadrantensignals II bis zur Erzeugung des Quadrantensignals IV sind die Ausgangssignale r und s (Fig. 4), die in Fig. 6B als (i) bzw. (j) eingezeichent sind, r = 1 bzw. S=O. Nach der Erzeugung des Quadrantensignals IV bis zur Erzeugung des Quadrantensignals II sind hingegen r = O und s = 1; bei den Quadrantensignalen I und III arbeitet also das Flip-Flop FF_ nicht. Die vorstehend erläuterte Arbeitsweise ist in Tabelle 2 zusammengefaßt:

Tabelle 2

X	Y	Quadranten signal	FF₁-Ausgänge ¹P & q	FF_-Ausgänge r & s
1	1	I	1 , 0	keine Änderung
O	1	II	keine Änderung	1 , O
O	O	III	O , 1	keine Änderung
1	0	IV	keine Änderung	O , 1

Die so erhaltenen Signale p, q, r und s und die jeweiligen Quadrantensignale I, II, III und IV werden durch AND-Verknüpfungen verarbeitet. Das Quadrantensignal I wird in der Verknüpfungsschaltung G₁ mit .dem Signal r AND-verknüpft, ebenso wie mit dem Signal s in der Verknüpfungsschaltung G-. Die Verknüpfungsschaltungen G. und G₂ sind so angeordnet, daß sie Ausgangs-

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signale erzeugen, wenn die Eingangsbedingungen beide O und O lauten, wobei die Verknüpfungsschaltung G₁ eine positive Ausgangsspannung (k) in Fig. 6B erzeugt, während Verknüpfungsschaltung Gj eine negative Ausgangsspannung (1) in Fig. 6B erzeugt. Wenn also das Quadrantensignal I eine Verschiebung aus dem Quadranten IV verursacht, sind die Ausgangssignale r bzw. s des Flip-Flops FF₂ r = O bzw. s = 1, und die Verknüpfungsschaltung G.. erzeugt ein Ausgangssignal. Wenn eine Verschiebung aus dem Quadranten II angezeigt wird, so sind die Ausgangssignale r und s des Flip-Flops FF₂ r = 1 bzw. s = 1, und die Verknüpfungsschaltung G₂ erzeugt ein negatives Ausgangssignal. Wenn also das Vektorsignal entgegen dem Uhrzeigersinn verschoben wird, so wird eine positive Spannung erhalten, wenn es jedoch im Uhrzeigersinn verschoben wird, so wird eine negative Spannung erhalten. Für das Quadrantensignal II arbeiten die Verknüpfungsschaltungon G_ und G., für das Quadrantensignal III die Verknüpfungsschaltungen G₅ und G, bzw. für das Quadrantensignal IV die Verknüpfungsschaltungen G_ und G_fi, so daß in ähnlicher Weise, wie vorstehend beschrieben, Ausgangssignale erhalten werden. Die Ausgangssignale der Verknüpfungsschaltungen G^, G., G_r, G_r, G_ und G„ sind als Signalformen (m), (η), (O), (P)1 (q) bzw. (r) in Fig. 6B eingezeichnet.

Für eine Vektorverschiebung durch die Quadranten I -»· II -»· III -* II -*· III ■*■ IV -»■ I ■*■ II -»· III ... sind also die Ausgangssignale der Verknüpfungsschaltungen G₁ bis Gg nicht bekannt, wenn der vorausgehende Zustand des ersten Quadrantensignals I nicht bekannt ist, das Flip-Flop FF₁ speichert jedoch ρ = 1 und q = 0; wenn dann das nächste Quadrantensignal II erzeugt wird, wird ein positives Ausgangssignal durch die Verknüpfungsschaltung G erzeugt, und die Ausgänge r und s des Flip-Flops FF₃ sind r = 1 und s = 0. Wenn das nächste Quadrantensignal III erzeugt wird, erzeugt die Verknüpfungsschaltung G- eine positive Ausgangsspannung, und die Ausgänge des Flip-Flops FF₁ sind ρ = 0 und q = 1. Wenn das nächste Quadrantensignal II erzeugt wird,

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erzeugt die Verknüpfungsschaltung G. eine negative Ausgangsspannung, und die Ausgänge r und s des Flip-Flops FF ~ verändern sich nicht. Wenn das nächste Quadrantensignal III erzeugt wird, wird an der Verknüpfungsschaltung G₅ eine positive Ausgangsspannung erzeugt, und die Ausgänge des Flip-Flops FF₁ sind ρ = O bzw. q = 1 und ändern sich nicht. Wenn also die Quadrantensignale IV, I II und III vorhanden sind, werden also Ausgangssignale mit positiver Spannung von den Verknüpfungs" schaltungen G₇, G., G₃ und G₅ nacheinander erzeugt, wobei .die Ausgänge p, q, r und s der zugehörigen Flip-Flops FF₁ bzw. FFj die in der Zeichnung dargestellte Signalform haben, und es wird der Integrationsschaltung 8 ein Eingangssignal Z zuge führt, das in Fig. 6B als Signal (s) eingezeichnet ist. Dieses Vektorsignal rotiert gemäß der Darstellung in Fig. 7, die auf die Dopplersignale E und E¹ bezogen ist. Auch hieraus ist ersichtlich, daß die Verschiebungsrichtung des Vektors korrekt
festgestellt wird. Bei der beschriebenen Schaltungsanordnung
sind die Dioden D. bis D_ß eingefügt, um Störungen durch Rückwärtsströme zu verhindern. Die oben beschriebene AND-Schaltung, die für die Verknüpfungsschaltungen G₁ bis G„ vorgesehen ist, sowie die durch die Dioden D₁ bis D„ gebildete Logikschaltung können durch andere Einrichtungen ersetzt werden, welche dieselben Funktionen erfüllen.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht also darin, daß die Verschiebungsrichtung des Vektors in den Quadranten festge stellt wird, indem von den Flip-Flops FF₁ und FF₂ der jeweils von den Quadrantensignalen I, II, III und IV getriggerte Ausgang p, q, r und s mittels desselben Quadrantensignals, das
den jeweiligen Ausgang triggert, entnommen wird. Die Ausgänge ρ und q des Flip-Flops FF₁ und die Ausgänge r und s des Flip-Flops FF„ erhalten jeweils die im folgenden erläuterte Bedeu tung: Das Ausgangssignal ρ bedeutet, daß der Vektor entweder
aus dem Quadranten I oder III zu dem Quadranten II verschoben wird; also bedeutet ρ = 1 eine Verschiebung von I nach II,

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und p=0 bedeutet eine Verschiebung von III nach II. In ähnlicher Weise bedeutet das Ausgangssignal q eine Verschiebung aus dem Quadranten III oder I zu dem Quadranten IV; q = 1 bedeutet also eine Verschiebung aus dem Quadranten III zu dem Quadranten IV, und q = O bedeutet eine Verschiebung vom Quadranten I nach IV. Der Ausgang r bedeutet eine Verschiebung aus dem Quadranten II oder IV zu dem Quadranten III, so daß r = 1 eine Verschiebung von II nach III und r = O eine Verschiebung von IV nach III bedeuten. Schließlich bedeutet das Ausgangssignal s eine Verschiebung aus dem Quadranten IV oder II zu dem Quadranten I, so daß s = 1 eine Verschiebung von IV nach I und s = O eine Verschiebung von II nach I bedeutet. Natürlich können die Bedeutungen der Ausgänge ρ und q bzw. r und s auch umgekehrt sein, wobei dann lediglich die Ausgangssignale "O" und "1" umgekehrt werden müssen. In allen Fällen wird ein Ausgangssignal "1" oder "O" erzeugt, je nachdem, ob die Vektordrehung entsprechend den Bewegungen des zu erfassenden Objektes entgegen dem Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn erfolgt.

Bei der beschriebenen Schaltungsanordnung kann der in Fig. 9 dargestellte elektronische Schalter anstelle der Verknüpfungsschaltungen G₁ bis Gg und D₁ bis D_Q der Schaltung 27 nach Fig. 4 Anwendung finden. Dieser elektronische Schalter SW ist mit vier Eingangsanschlüssen versehen, an welche die Ausgänge p, q, r und s der Flip-Flops FF₁ und FF₂ angelegt sind. Die Beziehungen zwischen den Quadrantensignalen und den Ausgangssignalen sind in der folgenden Tabelle 3 aufgeführt. Aus dieser Tabelle 3 geht hervor, daß der elektronische Schalter SW, wenn das Quadrantensignal I anzeigt, daß der Vektor im Quadranten I liegt, den Eingang s auswählt, der dann ein Ausgangssignal "1" liefert, wenn der Vektor aus dem Quadranten IV verschoben wurde, oder ein Ausgangssignal "0", wenn der Vektor aus dem Quadranten II verschoben wurde, wie oben bereits erläutert wurde. In gleicher Weise wählt der elektronische Schalter SW, wenn das Quadrantensignal II erzeugt wird, den Eingang p, der dann ein Ausgangssignal "1" erzeugt, wenn das Signal II aus

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dem Quadranten I verschoben wurde, während ein Ausgangssignal "O" erzeugt wird, wenn das Signal II aus dem Quadran ten III verschoben wurde. Auch bei den Quadrantensignalen III und IV wird ein Ausgangssignal "1" bei Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn und ein Ausgangssignal "O" bei Drehung im Uhrzeigersinn von den Ausgängen r und q erzeugt, in Abhängigkeit von dem Vorgang, der vor der Erzeugung des Quadrantensignals stattgefunden hat, d.h. der Verschiebungsrichtung des Vektors,

Tabelle 3

Quadrantens ignal	Signal Z
I	S
II	P
III	r
IV	q

Wenn kein Quadrantensignal vorhanden ist, kann die Verschiebungsrichtung nicht ermittelt werden, so daß der elektronische Schalter SW keinerlei Eingangssignal auswählt. In diesem Falle besteht keine Beziehung zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal.

Das aus der Quadranten-Verschiebungsrichtung-Detektorschaltung 27 gewonnene Signal Z wird dann von der Integrationsschaltung 8 integriert, die einen Widerstand R-.. und einen Kondensator C... enthält. Durch Polarisationswiderstände Rb. und Rb₂ wird die

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Ausgangsspannung dieser Schaltung 8, wenn kein Signal vorhanden ist, zu Y- Vcc gemacht. Selbst wenn verschiedenene Bewegungsgeschwindigkeiten gleichzeitig auftreten, wie dies der Fall list, wenn ein Objekt ständig näher kommt, z.B. ein menschlicher Körper, überwiegt das eine entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgende Bewegungsrichtung anzeigende positive Spannungssignal gegenüber der negativen Spannung, und die Integrationsschaltung 8 erzeugt eine positive Spannung. Wenn sich aber das Objekt entfernt, hat das Ausgangssignal eine negative Spannung. Wenn durch die Schwellwert-Pegel-Schaltung 9 mit den Vergleichern OP₁ und OP₂ festgestellt wird, daß die positive oder negative Spannung (in bezug auf 1/2 Vcc) am Ausgang der Integrationsschaltung 8 einen bestimmten Schwellwertpegel überschreitet, so erzeugt die Schwellwert-Pegel-Schaltung 9 ein Ausgangssignal, durch das ein Transistor Tr der Anzeige-Treiberschaltung 28 angesteuert wird, um ein Relais Ry zu erregen, durch welches die Anwesenheit eines sich bewegenden Objekts angezeigt wird. Störgeräusche, z.B. das Ertönen einer Klingel, bewirken, daß die Vektorrotationsrichtung zufällig ist, da die Dauer einer solchen Schallerzeugung zufallsabhängig ist, und alle Untergrundgeräusche bestehen während einer festen Zeitspanne; daher erfolgt keine kontinuierliche Vektordrehung. Das Ansprechen auf den Ton einer Klingel ist in Fig. 8 dargestellt, wo das Dopplersignal E als Kurve (a) und als Kurve (b) das Dopplersignal E¹ dargestellt sind; (C) zeigt die Binärzahl X entsprechend dem Dopplersignal E, und (d) zeigt die Binärzc.hl Y entsprechend dem Dopplersignal E¹; (e) bis (h) zeigen die Quadrantensignale I, H₁. III bzw. IV, wobei die schraffiert eingezeichneten Teile die Anwesen heit des Signals bedeuten; (i) bis (p) zeigen die Ausgangssignale der Verknüpfungsschaltungen G₁ bis G„; die mit einem kleinen Kreis bezeichneten Teile bedeuten die Anwesenheit des Signals, während (q) das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 8 zeigt. Wie aus den Signaldiagrammen hervorgeht, ist die Arbeitsweise der Schaltung die gleiche wie bei einem sich bewegenden Objekt, aber die positiven und negativen

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Spannungssignale werden im wesentlichen mit gleicher Wahrscheinlichkeit und statistischer Verteilung erzeugt, so daß sie einander auslöschen und gegenseitig verhindern, daß sie während einer festen Zeitspanne integriert werden.

Die vorstehende Beschreibung macht deutlich, daß gemäß der Erfindung die jeweiligen Quadranten des Vektors der Empfangssignale auf der Grundlage auf zwei DopplerSignalen erfaßt werden, und die Verschiebungen in den Quadranten werden überwacht, wodurch die Richtung und Periode einer Vektordrehung in dem Empfangssignal kontinuierlich, also dauernd überwacht werden können. Die Anwesenheit eines sich bewegenden Objektes kann also durch die Erfindung zuverlässig erfaßt werden, ohne daß eine Frequenzanalyse erforderlich wäre, die auf einer Spektralcharakteristik beruht, und ohne daß irgendwelche elektromechanischen Korrelationseinrichtungen erforderlich wären. Bei Störungseinflüssen ist die Herabsetzung der Erfassungsempfindlichkeit äußerst gering. Ferner ist die Schaltungsanordnung einfach und ermöglicht eine kostengünstige Verwirklichung.

In der vorstehenden Beschreibung erfolgte die Unterteilung der Vektorebene in vier Quadranten I bis IV. Die Unterteilung zur Bestimmung des Zustands der Vektordrehung kann jedoch auch anders vorgenommen werden, wobei die Einteilung in wenigstens drei Felder erfolgt, aber auch mehr vorgesehen sein können. Bei einer Ausführungsform, in der die Vektorebene in drei Felder eingeteilt ist, wird das Empfangssignal mit drei Bezugssignalen gemischt, die jeweils 120° Phasenver schiebung gegeneinander aufweisen, wobei ein Zonensignal erhalten wird, indem die jeweiligen Vektorkomponentensignale dieser Bezugssignale kombiniert werden'.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Detektorvorrichtung für bewegte Objekte, mit einem Oszillator, einem eine Welle abstrahlenden Wandler und einem Empfangswandler, der die an dem bewegten Objekt reflektierten Wellen empfängt und in ein Empfangssignal umsetzt, gekennzeichnet durch

- eine Mischeinrichtung (15, 17) zur Umsetzung des Empfangssignals in zwei Vektorsignale;

- zwei Binärzahl-Umsetzer (21, 22), welche die zwei Vektorsignale in zwei Binärzahlen umsetzen;

- eine Quadranten-Signalgeneratorschaltung (26), die ein Quadrantensignal in Abhängigkeit von den zwei Binärzahlen erzeugt;

- eine Quadranten-Verschiebungsrichtung-Detektorschaltung (*27), die ein Verschiebungsrichtungssignal mit positiver oder negativer Spannung entsprechend einer Vektorverschiebungsrichtung erzeugt, die auf zwei Signalen beruht, «reiche

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Informationen über das Quadrantensignal enthalten;

- eine Integrationsschaltung (8), die das Verschiebungsrichtungssignal integriert;

- eine Schwellwert-Pegel-Schaltung (9), die die Ausgangspegel der Integrationsschaltung (8) erfaßt; und

- eine Anzeige-Treiberschaltung (28), die von dem Ausgangssignal der Schwellwert-Pegel-Schaltung (9) angesteuert wird;

wobei die Anwesenheit des bewegten Objektes dadurch erfaßt wird, daß die Verschiebungsrichtung des Vektors des Empfangssignals durch die verschiedenen Quadranten beurteilt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadranten-Verschiebungsrichtung-Detektorschaltung (27) eine Speichereinrichtung (FF., FF_) zur vorübergehenden Speicherung des Quadrantensignals enthält und die die Quadrantensignalinformationen enthaltenden zwei Signale das gespeicherte Quadrantensignal und das nächste ankommende Quadrantensignal sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung zwei Flip-Flops (FF₁, FF₂) enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadranten-Verschiebungsrichtung-Detektorschaltung (27) eine Mehrzahl AND-Schaltungen (G₁ - G„) umfaßt, denen eine Kombination aus dem Quadrantensignal und einem Signal aus den Flip-Flops als Eingangssignal zugeführt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadranten-Verschiebungsrichtung-Detektorschaltung (27) eine Schalteinrichtung (SW) mit einer Mehrzahl von 'EingangsanschlUssen und einem einzigen Ausgangsanschluß aufweist, daß die Eingangsanschlüsse ein Ausgangssignal

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aus den Flip-Flops erhalten und daß die Schalteinrichtung an ihrem Ausgangsanschluß ein einzelnes Ausgangssignal erzeugt, das von dem Quadrantensignal aus der Quadranten-Signalgeneratorschaltung (26) bestimmt wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Pegel-Detektorschaltung (23, 24), die die zwei Vektorsignale erfaßt, wenn sie oberhalb eines vorbe-

. stimmten Pegels liegen, und bei Erfassung der Vektorsignale ein Quadrantensignal erzeugt, das die Verschiebungsrichtung des Vektorsignals in einer Vektorebene bezeichnet.
7. Detektorvorrichtung für bewegte Objekte, mit einem Oszillator zur Erzeugung einer abgestrahlten Welle, einem Wandler, der das Oszillatorsignal empfängt und Mikrowellen in einen Uberwachungsraum abstrahlt, und einen Empfangswandler, der an dem bewegten Objekt in dem überwachten Raum reflektierte Wellen empfängt und sie in ein Empfangssignal umsetzt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung mit einer Mehrzahl von Mischern zur Unterteilung des Empfangssignals in die jeweiligen Vektorkomponenten in dem Signal, indem das abgestrahlte Signal und das Empfangssignal kombiniert werden, so daß die Vektorkomponentensignale erhalten werden, eine Einrichtung zum Ankoppeln der Vektorkomponentensignale derart, daß ein Zonensignal erhalten wird, welches einer besonderen Zone entspricht, in der der Vektor des Empfangesignals innerhalb der zuvor unterteilten Vektorzonen vorhanden ist, eine Einrichtung zur Bestimmung des Verschiebungs.zustandes des Empfangssignals in Abhängigkeit von Veränderungen des Zonensignals, eine Einrichtung zur Unterscheidung von Drehbewegungen des Vektors, derart, daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, wenn der Vektor sich in den Zonen in einer bestimmten Richtung dreht, und durch eine Einrichtung zum Anzeigen der Anwesenheit eines Objektes in dem Raum, wenn das Ausgangssignal der Unterscheidungseinrichtung empfangen wird.

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