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EP 0 239 807 B1 |
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EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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17.04.1991 Patentblatt 1991/16 |
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Anmeldetag: 02.03.1987 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC)5: G08B 13/26 |
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Kapazitives Intrusionsschutzsystem
Capacitive intrusion protection system
Système capacitif de protection contre l'intrusion
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Benannte Vertragsstaaten: |
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AT BE DE FR GB IT NL SE |
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Priorität: |
04.03.1986 DE 3607017
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Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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07.10.1987 Patentblatt 1987/41 |
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Patentinhaber: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT |
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80333 München (DE) |
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Erfinder: |
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- Metzner, Uwe
D-8000 München 90 (DE)
- Thilo, Peer, Dr. Ing.
D-8000 München 71 (DE)
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Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 131 738 DE-B- 1 104 868
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DE-A- 3 329 554 US-A- 4 293 852
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein kapazitives Intrusionsschutzsystem gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
[0002] Bei kapazitiven Intrusionsschutzsystemen sind die Elektroden über Kabel, im allgemeinen
Koaxialkabel, mit der Auswerteeinrichtung verbunden. Zur Erfassung von Eindringlingen
werden die Kapazitäten bzw. Kapazitätsänderungen zwischen Sende- und Empfangselektroden
und/oder aber auch zwischen den Sendeelektroden und der Erde (Erdpotential) gemessen
und daraus Alarmkriterien für einen Alarm abgeleitet. Zur Erfassung der Elektrodenkapazitäten
werden die über die Elektrodenkapazität fließenden Ströme gemessen und bewertet. Beispielsweise
ist in der DE-A- 33 29 554 ein derartiges Verfahren beschrieben. Dort werden zur Messung
der kapazitiven Zustandsänderungen an einem Schutzzaun in jedem Elektrodenstromkreis
mit Hilfe von Strommeßeinrichtungen die Elektrodenströme gemessen und daraus die jeweilige
Betriebskapazität der Elektrode gewonnen. Insbesondere bei längeren Verbindungsleitungen
zwischen den einzelnen Elektroden und der Auswerteeinrichtung überlagern sich zu den
gemessenen Strömen in der Auswerteeinrichtung störende Ströme, die durch die Kabelkapazität
fließen und dadurch das Meßergebnis verfälschen. Dies führt in nachteiliger Weise
zu Falschmessungen und dadurch häufig zu Fehlalarmen.
[0003] In der EP-A-131 738 wurde daher schon eine Meßanordnung zur Kapazitätsmessung vorgeschlagen,
bei der die störenden Einflüsse durch die Kabelkapazitäten vermieden werden. Bei der
dort beschriebenen Anordnung sind für jede Elektrode zusätzliche und Rückleitungen
vorgesehen, die über zusätzliche Übertrager an der Elektrode angeschlossen sind. Diese
Maßnahmen sind sehr aufwendig und verteuern derartige Intrusionsschutzsysteme.
[0004] Ferner ist bekannt, kurze kapazitätsarme Kabel zu verwenden, um die störenden Einflüsse
genügend klein zu halten. Dies hat aber den Nachteil, daß die Einsatzmöglichkeiten
im Falle von kürzeren Verbindungskabeln eingeschränkt sind, und daß andererseits das
Intrusionsschutzsystem mit teueren Spezialkabeln sehr verteuert wird. Da diese störenden
Einflüsse insbesondere durch die Sendeströme, da hier hohe Spannungen anliegen, verursacht
werden, hat man schon auf die Messung der Sendeströme verzichtet. Dies wiederum führt
zu beträchtlichen Informationsverlusten, so daß ein zuverlässiges Auswerten und ein
sicheren Ansprechen des Intrusionsschutzsystems nicht immer gewährleistet ist.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es daher, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden
und für ein kapazitives Intrusionsschutzsystem eine Meßanordnung zur Messung der Sendeströme
im Elektrodenstromkreis anzugeben, bei dem die Kabelkapazitäten keinen störenden Einfluß
auf das Meßergebnis haben. Dabei sollen weder teuere Spezialkabel noch aufwendige
Schaltungsanordnungen verwendet werden.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem eingangs geschilderten Intrusionsschutzsystem
dadurch gelöst, daß im Sendestromkreis zwischen dem Sender und dem Koaxialleiter der
Verbindungsleitung eine Strommeßeinrichtung angeordnet ist, daß zwischen dem Schirmleiter
der Verbindungsleitung und dem Erdpotential eine weitere Strommeßeinrichtung angeordnet
ist, und daß die Differenz aus dem Meßstrom und dem durch die Kabelkapazität fließenden
Kabelstrom gebildet und der tatsächlich ermittelte Elektrodenstrom weiterverarbeitet
wird.
[0007] Bei der erfindungsgemäßen Meßanordnung werden beide Ströme einzeln gemessen. Durch
die Differenzbildung wird der Kabelstrom eliminiert, so daß der tatsächlich über die
Elektroden fließende Elektrodenstrom gemessen und ausgewertet wird.
[0008] Dabei kann in vorteilhafter Weise der jeweils gemessene Strom mit einem Analog-Digital-Wandler
umgesetzt werden und die Differenz in einem angeschlossenen Mikrorechner gebildet
werden.
[0009] In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann als Meßeinrichtung zur Messung
des im Koaxialleiter fließenden Meßstroms und zur Messung des Kabelstroms über den
Schirmleiter ein besonders ausgebildeter Meßwandler vorgesehen sein. Die Primärwicklung
ist dabei, wie bekannt, im Elektrodenstromkreis angeordnet. Über die Sekundärwicklung
wird der zu messende Strom oder die dazu proportionale Spannung abgegriffen. Erfindungsgemäß
ist eine zusätzliche, dritte Wicklung im Meßwandler angeordnet, die einerseits am
Schirmleiter der koaxialen Verbindungsleitung angeschlossen ist und andererseits auf
Erdpotential liegt. Durch diese zusätzliche Wicklung wird der Kabelstrom derart geführt,
daß er vom ursprünglichen Meßstrom subtrahiert wird. Dadurch wird in einfacher jedoch
vorteilhafter Weise erreicht, daß der über die unvermeidbaren Kabelkapazitäten fließende
Kabelstrom die Messung nicht mehr störend beeinflußt. Erfindungsgemäß weist dabei
die Primärwicklung und die zusätzliche dritte Wicklung die gleiche Windungszahl auf,
so daß der durch die dritte Wicklung fließende Kabelstrom entgegen dem eigentlichen
Meßstrom fließt und auf die Weise subtrahiert wird. Es wird daher an der Sekundärwicklung
der tatsächlich über die Elektrodenkapazität zur Erde fließende Strom gemessen.
[0010] Anhand der Figuren wird die Erfindung im folgenden kurz erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 eine bekannte Meßanordnung,
Fig. 2 die erfindungsgemäße Meßanordnung und
Fig. 3 die erfindungsgemäße Meßanordnung mit einem Meßwandler.
[0011] In Fig. 1 ist im Elektrodenstromkreis in der Auswerteeinrichtung AWE ein Meßwandler
MW mit seiner Primärwicklung PW angeordnet. Der Meßwandler ist am Sender SEN angeschlossen,
der beispielsweise eine Wechselspannung US von 100 Volt erzeugt. Der Sender liegt
mit seinem zweiten Anschluß auf Erdpotential EP. In den Koaxialleiter KL der Verbindungsleitung
VL fließt der Meßstrom IM, der über die Sekundärwicklung SW des Meßwandlers MW gemessen,
beispielsweise in Form einer proportionalen Spannung dort abgegriffen werden kann.
Der gemessene Strom IM besteht jedoch aus der Summe des über die Elektrode E und die
Elektrodenkapazität CE zum Erdpunkt EP fließenden Elektrodenstroms IE und dem über
die Kabelkapazität CK zum Schirm Sch des Koaxialkabels bzw. Erdpotential EP fließenden
Kabelstroms IK. In Abhängigkeit von der Kabelkapazität CK wird der gemessene Stromwert
verfälscht.
[0012] In der in Fig.2 dargestellten erfindungsgemäßen Meßanordnung ist im Elektrodenstromkreis,
also zwischen dem Sender SEN und dem Koaxialleiter KL der Verbindungsleitung VL eine
erste Meßeinrichtung MIM angeordnet. Der Schirmleiter Sch der koaxialen Verbindungsleitung
VL ist nicht unmittelbar geerdet, sondern führt zur Auswerteeinrichtung AWE. Dort
ist der Schirmleiter Sch an einer weiteren Meßeinrichtung MIK angeschlossen, die mit
ihrem zweiten Anschluß auf Erdpotential EP liegt. Über eine in der Auswerteeinrichtung
befindliche Subtrahiereinrichtung wird der Kabelstrom IK vom Meßstrom IM subtrahiert,
so daß der tatsächlich über die Elektrode E und Elektrodenkapazität CE fließende Elektrodenstrom
IE gemessen wird.
[0013] Ein einfaches Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anordnung ist in Fig.
3 dargestellt. Dort ist in der Auswerteeinrichtung AWE die Meßeinrichtung ME von einem
Meßwandler MW gebildet, der neben der bekannten Primärwicklung PW im Elektrodenstromkreis
und der Sekundärwicklung SW zum Abgreifen des Meßstroms IM eine dritte Wicklung W3
aufweist. Diese dritte Wicklung W3 ist entsprechend der Fig. 2 einerseits am Schirmleiter
Sch der koaxialen Verbindungsleitung VL angeschlossen, über den der durch die Kabelkapazität
CK hervorgerufene Kabelstrom IK fließt. Das andere Ende der dritten Wicklung W3 liegt
auf Erdpotential EP. Die Windungszahlen der Primärwicklung PW und der dritten zusätzlichen
Wicklung W3 sind gleich groß, so daß die Zusatzwicklung W3 entgegengesetzt durchströmt
wird und der störende Kabelstrom IK vom Meßstrom IM subtrahiert wird, so daß der tatsächlich
zu messende Elektrodenstrom IE ermittelt wird.
[0014] Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden ausschließlich die Elektrodenströme IE
gemessen, auch wenn die Elektroden E über lange Verbindungskabel VL mit den Auswerteeinrichtungen
AwE verbunden sind. Die erfindungsgemäße Anordnung wird bei einem kapazitiven Intrusionsschutzsystem
für mehrere Elektroden angewandt, die von einem Sender gespeist werden und bei denen
die Elektrodenströme zur Ermittlung der Elektrodenkapazitäten gemessen werden.
1. Kapazitives Intrusionsschutzsystem, bei dem die über die Elektrodenkapazität fließenden
Ströme gegen Erde ausgewertet werden und bei dem die Elektroden (E) über koaxiale
Verbindungsleitungen (VL) mit einer Auswerteeinrichtung (AWE) verbunden sind, in der
mit in den Verbindungsleitungen (VL) angeordneten Meßeinrichtungen (ME) die jeweiligen
Elektrodenströme (IE) gemessen werden,
wobei im Sendestromkreis zwischen dem Sender (SEN) und dem Koaxialleiter (KL) der
Verbindungsleitung (VL) eine Strommeßeinrichtung (MIM) angeordnet ist,
und wobei die andere Seite des eine Spannungsquelle bildenden Senders (SEN) mit Erde
(EP) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Schirmleiter (Sch) der Verbindungsleitung (vL) und dem Erdpotential
(EP) eine weitere Strommeßeinrichtung (MIK) angeordnet ist,
und daß die Differenz aus dem Meßstrom (IM) und dem durch die Kabelkapazität (CK)
verursachten Kabelstrom (IK) gebildet und der tatsächlich ermittelte Elektrodenstrom
(IE) weiter verarbeitet wird.
2. Kapazitives Intrusionsschutzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die jeweils gemessenen Meß- und Kabelströme (IM und IK) digitalisiert und in einem
Mikrorechner weiterverarbeitet werden.
3. Kapazitives Intrusionsschutzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strommeßeinrichtungen (MIM, MIK) von einem Meßwandler (MW) gebildet sind,
der zusätzlich zur Primärwicklung (PW), die im Sendestromkreis liegt, und zur Sekundärwicklung
(SW), an der der Neßstrom (IM) angegriffen wird, eine dritte wicklung (W3) aufweist,
die zwischen dem Schirmleiter (Sch) der Verbindungsleitung (VL) und Erdpotential (EP)
liegt, wobei die Primärwicklung (PW) und die dritte wicklung (W3) gleiche windungszahlen
aufweisen und gegensinnig durchströmt werden.
1. Capacitive intrusion protection system in which the currents flowing across the electrode
capacitance are evaluated to earth and in which the electrodes (E) are connected via
coaxial connecting lines (VL) to an evaluation device (AWE) in which the respective
electrode currents (IE) are measured with measuring devices (ME) arranged in the connecting
lines (VL), a current measuring device (MIM) being arranged in the transmitting current
circuit between the transmitter (SEN) and the coaxial conductor (KL) of the connecting
line (VL), and the other side of the transmitter (SEN) forming a voltage source being
connected to earth (EP), characterised in that a further current measuring device
(MIK) is arranged between the shielding conductor (Sch) of the connecting line (VL)
and the earth potential (EP), and in that the difference between the measuring current
(IM) and the cable current (IK) caused by the cable capacitance (CK) is formed and
the electrode current (IE) actually identified is further processed.
2. Capacitive intrusion protection system according to Claim 1, characterised in that
the respectively measured measuring and cable currents (IM and IK) are digitised and
further processed in a microcomputer.
3. Capacitive intrusion protection system according to Claim 1, characterised in that
the current measuring devices (MIM, MIK) are formed by a measuring transducer (MW)
which, in addition to the primary winding (PW) which is situated in the transmitting
current circuit and to the secondary winding (SW) at which the measuring current (IM)
is tapped off, has a third winding (W3) which is situated between the shielding conductor
(Sch) of the connecting line (VL) and earth potential (EP), the primary winding (PW)
and the third winding (W3) having identical numbers of turns and being flowed through
in opposite directions.
1. Système capacitif de protection contre une intrusion, dans lequel les courants circulant
dans la capacité d'électrodes en direction de la terre sont évalués et dans lequel
les électrodes (E) sont reliées par l'intermédiaire de cbles coaxiaux de liaison (VL)
à un dispositif d'évaluation (AWE), dans lequel les courants respectifs (IE) des électrodes
sont mesurés au moyen de dispositifs de mesure (ME) installés dans les câbles de liaison
(VL),
et dans lequel un dispositif ampèremétrique (MIM) est disposé dans le circuit d'émission
entre l'émetteur (SEN) et le conducteur central (KL) du câble coaxial de liaison (VL),
et dans lequel l'autre côté de l'émetteur (SEN) constituant une source de tension
est relié à la terre (EP),
caractérisé par le fait
qu'un autre dispositif ampèremétrique (MIK) est disposé entre le conducteur de blindage
(Sch) du câble de liaison (VL) et le potentiel de terre (EP), et
qu'on forme la différence entre le courant de mesure (IM) et le courant (IH) du câble,
produit par la capacité (CK) de ce câble, et qu'on traite ensuite le courant (IE)
des électrodes, effectivement déterminé.
2. Système capacitif de protection contre une intrusion suivant la revendication 1, caractérisé
par le fait qu'on numérise et on traite ensuite dans un micro-ordinateur le courant
de mesure et le courant du câble (IM et IK) respectivement mesurés.
3. Système capacitif de protection contre une intrusion suivant la revendication 1, caractérisé
par le fait que les dispositifs ampèremétriques (MIM, MIK) sont formés par un transformateur
de mesure (MW), qui comporte, en plus de l'enroulement primaire (PW), qui est situé
dans le circuit d'émission, et de l'enroulement secondaire (SW), dans lequel est prélevé
le courant de mesure (IM), un troisième enroulement (W3), qui est situé entre le conducteur
de blindage (Sch) du câble de liaison (VL) et le potentiel de terre (EP), l'enroulement
primaire (PW) et le troisième enroulement (W3) possédant les mêmes nombres de spires
et étant parcourus par des courants de sens opposés.