ANORDNUNG ZUR FESTSTELLUNG EINES OBJEKTES MITTELS KÖRPERSCHALL, SOWIE DEREN VERWENDUNG

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Feststellung eines Objektes mit einem Körperschall-Aufnehmer zur Detektion des vom Objekt erzeugten und in einem schallleitenden Medium zum Aufnehmer übertragenen Körperschalles , und mit einer Auswerteschaltung, welche vom Aufnehmer ein Ausgangssignal empfängt und ein Warnsignal abgibt, wenn dieses Ausgangssignal vorgegebene Kriterien erfüllt, sowie eine Verwendung dieser Anordnung zur Feststellung eines herannahenden Fahrzeuges.

[0002] Eine derartige Anordnung und Verwendung ist aus EP-A-0 024 978 bekannt.

[0003] Aus CH-A-643 078 ist eine Anordnung bekannt, welche zur Feststellung eines Einbrechers beim Versuch, eine Wand oder Tresortür zu durchbrechen, dient, indem die in der Mauer, Wand oder Tür als schalleitendem Medium zum Körperschall-Aufnehmer übertragenen Körperschall-Schwingungen detektiert und von der Auswerteschaltung verarbeitet werden. Die Signal-Auswertung bei dieser Anordnung erfolgt so, dass die bei einem Einbruchversuch auftretenden Schwingungen sicher von Störschwingungen aus der Umgebung unterschieden werden und eine fehlerhafte Alarmsignalgabe vermieden wird. Hierbei wird angestrebt, eine Signalgabe so lange zu unterdrücken, bis sichergestellt ist, dass der empfangene Körperschall wirklich von einem Einbruchversuch verursacht wurde.

[0004] Für andere Verwendungen, bei denen beispielsweise ein Objekt, das einen Körperschall mit stetig zunehmender oder abnehmender Intensität erzeugt, auf jeden Fall signalisiert werden muss, wobei eine durch allfällige Störschwingungen verursachte kurzzeitige fehlerhafte Signalgabe durchaus zugelassen werden kann, eignen sich die genannten vorbekannten Anordnungen nur bedingt. Für derartige Fälle bevorzugte man bisher eine rein menschliche Ueberwachung, die häufig unzuverlässig ist und häufig zu schweren Unfällen führte.

Darstellung der Erfindung

[0005] Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die genannten Anordnungen zur Feststellung eines Objektes mittels des vom Objekt erzeugten Körperschalls derart weiterzubilden, dass auch ein Objekt mit stetig zunehmender oder abnehmender Intensität des erzeugten Körperschalls in jedem Fall und auch bei Vorliegen von anderweitigen Störschwingungen sicher signalisiert wird.

[0006] Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst.

[0007] Vorteilhaft ist es, wenn die Auswerteschaltung die Intensität periodisch in regelmässigen Zeitabständen mittels eines Komparators prüft und ein Warnsignal auslöst, und wenn das Warnsignal so lange gehalten wird, bis die Intensität unter den vorgegebenen Schwellenwert abgesunken ist.

[0008] Besonders vorteilhaft ist es, wenn mehrere Schwellenwerte vorgesehen sind, und ein Warnsignal dann ausgelöst wird, wenn die Intensität des Körperschalls in einem spezifischen Frequenzbereich in vorbestimmten Zeitabständen nacheinander die beiden Schwellenwerte durchschritten hat, was ein untrügliches Zeichen für ein Objekt mit stetig zunehmender Intensität des erzeugten Körperschalls ist.

Gewerbliche Anwendung

[0009] Eine derartige Anordnung lässt sich mit Vorteil z.B. für den Nachweis eines herannahenden Fahrzeuges verwenden. Insbesondere ist sie zum Nachweis eines Schienenfahrzeuges, z.B. eines Eisenbahnzuges oder einer Lokomotive auf einem Geleise geeignet, um z.B. eine eine Geleisebau-Equipe vor einem herannahenden Zug zu warnen oder rechtzeitig eine Barriere an einem Strassenübergang zu schliessen und wieder zu öffnen. Die Körperschall-Aufnehmer sind dabei an den Schienen angebracht und registrieren den vom Zug erzeugten und über die Schienen zum Messort übertragenen Körperschall, dessen Intensität beim Herannahen eines Zuges stetig zunimmt. Die spezielle Signalauswertung sorgt dabei dafür, dass mit grösstmöglicher Sicherheit ein Warnsignal ausgelöst wird, auch wenn Störgeräusche vorhanden sind, dass aber trotzdem eine, gewisse Selektivität gewährleistet ist, so dass ein Unfall mit in der Regel katastrophalen Folgen mit grösserer Sicherheit vermieden werden kann, als wenn man sich auf eine häufig unzuverlässige menschliche Beobachtung verlässt, insbesondere unter ungünstigen Wetterbedingungen, wie Nebel, oder bei Uebermüdung oder sonstigem Fehlverhalten des Wachpersonals.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0010] Die Erfindung wird an Hand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Signalisierung eines herannahenden Zuges an einer entfernten Geleisebaustelle mit einer zugehörigen Auswerteschaltung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein Funktionsdiagramm für die Signalauswertung zur Warnsignalgabe, und

Fig. 3 ein Funktionsdiagramm einer anderen Signalauswerteschaltung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0011] In Figur 1 ist eine Anordnung zur Feststellung eines Objektes in der Form eines auf einem Gleis 1 an eine Gleisbaustelle B herannahenden Zuges 2 gezeigt. Der Zug 2 oder die Lokomotive erzeugt in den Schienen 1 ein charakterisches Körperschall-Geräusch, das über die Schienen als schalleitendes Medium mit Schallgeschwindigkeit, d.h. mit einigen km/sec vom Zug 2 zur Baustelle B weitergeleitet wird. Dort ist an einer oder an beiden Schienen ein Körperschallaufnehmer 3 fest, d.h. in gutem schalleitenden Kontakt angebracht. Zweckmässig ist es, einen Schallaufnehmer mit einem piezoelektrischen akustisch/elektrischen Wandler vorzusehen, oder einen Körperschallaufnehmer anderer bekannter Ausführung. Dieser Aufnehmer 3 gibt ein elektrisches Ausgangssignal ab, das einer Signalauswerteschaltung C zugeleitet wird.

[0012] Die Auswerteschaltung C weist, an ihrem Eingang ein Frequenzglied 4 auf, das einen Frequenzdurchlassbereich aufweist, der an das Frequenzspektrum eines fahrenden Zuges angepasst ist und vorzugsweise im kHz-Bereich gewählt wird. Dadurch wird das von einem Zug in den Schienen erzeugte Geräusch sicher erfasst, Störgeräusche anderer Frequenz, z.B. niederfrquente Bodenerschütterungen jedoch eliminiert und von der Auswertung ferngehalten.

[0013] Zweckmässig ist es, den Körperschallaufnehmer 4 akustisch nach aussen zu isolieren, um die Uebertragung von Störgeräuschen über die Luft zu blockieren.

[0014] Das Ausgangssignal wird dann einem Zeitdiskriminator 5 zugeleitet, der von einem Taktgeber 6 angesteuert wird. Der Zeitdiskriminator erzeugt zwei Ausgangssignale für die Intensität des aufgenommenen Körperschalls in dem gewählten Frequenzbereiches zu zwei verschiedenen Zeitpunkten. Diese beiden gegeneinander zeitverschobenen Signale gelengen an die Eingänge eines Komparators 7, der fortlaufend die Intensitäten jeweils zweier aufeinander folgender Signalintensitäten miteinander vergleicht und an eine Warneinrichtung 8 ein Signal gibt, sobald sich die beiden Intensitäten um ein vorgegebenes Mass unterscheiden. Dabei kann es sich um die Auslösung oder Einschaltung eines Warnsignales für die Bauequipe handeln, wenn die Intensität bei Annäherung eines Zuges um, ein bestimmtes Mass angestiegen ist, oder um die Rückstellung oder Abschaltung des Warnsignales bei Absinken der Intensität bei einem sich entfernenden Zuges.

[0015] Figur 2 zeigt ein Beispiel eines Funktionsschemas der Auswerteschaltung C. Die Kurve zeigt den zeitlichen Verlauf der Intensität S des Ausgangssignales des Aufnehmers 3 im gewählten Frequenzbereich. Der Komparator 7 der Auswerteschaltung vergleicht die Intensitäten zu jeweils aufeinander folgenden Zeitpunkten t1, t2, t3 ...etc., und stellt insbesondere fest, ob zwischen zwei Zeitpunkten ein vorgegebener Schwellenwert T allmählich überschritten wurde. Bei dem dargestellten Beispiel wurde zwar kurzzeitig zwischen den Messzeiten t1 und t2 der Schwellenwert T überschritten, z.B. infolge einer kurzzeitigen Einwirkung wie einem Schlag auf die Schiene, jedoch liegt die Intensität bei beiden Messzeiten unterhalb des Schwellenwertes, so dass in diesem Falle kein Warnsignal ausgelöst wird. Zwischen den Messzeiten t2 und t3 steigt jedoch die Intensität allmählich an und durchquert zwischen t2 und t3 den Schwellenwert T. In diesem Falle wird also bei t3 ein Warnsignal ausgelöst, das einen herannahenden Zug signalisiert. Solange dann die Intensität bei den folgenden Messzeiten oberhalb der Schwelle T bleibt, wird das Warnsignal gehalten, auch wenn es, wie zwischen t4 und t5 gezeigt, kurzzeitig wieder unter die Schwell T absinken sollte. Erst wenn die Intensität allmählich abnimmt, wie zwischen t6 und t7 dargestellt, wird das Warnsignal zuückgestellt, als Zeichen dafür, dass sich der Zug wieder entfernt hat.

[0016] Fig. 3 zeigt an Hand eines analogen Funktionsschemas eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung. Hierbei sind zwei gestaffelte Schwellenwerte T1 und T2 für die Intensität S vorgesehen. Solange die Intensität unterhalb der unteren Schwelle T1 bleibt, erfolgt keine Reaktion. Wenn zu zwei Messzeiten t1 und t2 die untere Schwelle überschritten wurde, wird zunächst ein Vorwarnsignal ausgelöst, z.B. eine Warneinrichtung aktiviert und betriebsbereit gemacht. Bei Absinken der Intensität unter die Schwelle T1 zum Zeitpunkt t4 wird das Vorwarnsignal wieder zurückgestellt, bis es z.B. zum Zeitpunkt t5 infolge abermaligen Ueberschreitens der Schwelle wiederum aktiviert wird. Erfolgt dann ein weiterer Anstieg der Intensität bis über den oberen Schwellenwert T2, z.B. zur Messzeit t6, so wird zu diesem Zeitpunkt das Hauptwarnsignal ausgelöst und damit das Herannahen eines Zuges signalisiert.

[0017] Die Auswerteschaltung C kann im Rahmen des Erfindungsgedankens auch anders aufgebaut sein. Um ihre Funktion zu erfüllen, muss sie eingerichtet sein, eine vorgegebene Erhöhung (oder Abnahme) des Ausgangssignals des Körperschallaufnehmers in einem vorgegebenem Zeitraum zu signalisieren. Mit Vorteil kann die Auswertung auch mit einem Mikroprozessor vorgenommen werden. Anstatt digital kann die Auswertung auch analog durchgeführt werden. Z.B. kann der Diskriminator 5 bei Ueberschreitung einer unteren Schwelle T1 einen Zeitschalter aktivieren, der nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerungszeit den Diskriminator veranlasst, zu prüfen, ob das Signal zu diesem Zeitpunkt die obere Schwelle T2 überschritten hat, oder innerhalb eines bestimmten Zeitfensters diese Schwelle T2 überschreitet.

[0018] Es ist auch vorteilhaft, an beiden Schienen eines Gleises je einen Körperschallaufnehmer vorzusehen, wobei die Signale beider Aufnehmer in einer Torschaltung verarbeitet werden, vorzugsweise mit einem ODER-Tor, so dass in jedem Fall ein Signal gegeben, wenn einer der Aufnehmer aus irgendeinem Grund kein Signal liefern sollt, oder aber mit einem UND-Tor, um Störungen durch zufällige Schallschwingen in nur einer Schiene zu eliminieren.

[0019] Es sei bemerkt, dass sich die Erfindung auch zur Feststellung anderer Objekte verwenden lässt, sofern diese an einem enfernten Messort Körperschall mit stetig zunehmender Intensität verursachen, z.B. zur Signalisation der Annäherung von Strassenfahrzeugen, z.B. Kettenfahrzeugen an einen bestimmten Ort durch Detektion der Bodenerschütterungen, und zur Auslösung entsprechender Massnahmen.

Ansprüche

1. Anordnung zur Feststellung eines Objektes (2) versehen mit einem Körperschall-Aufnehmer (3) zur Detektion der vom Objekt (2) erzeugten und in einem schalleitenden Medium (1) zum Aufnehmer (3) übertragenen Körperschalles (S), und mit einer Auswerteschaltung (C), welche vom Aufnehmer (3) ein Ausgangssignal empfängt und ein Warnsignal (8) abgibt, wenn dieses Ausgangssignal vorgegebene Kriterien erfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (C) einen Komparator (7) aufweist, welcher die Intensität des Ausgangssignales (Sa) des Körperschall-Aufnehmers (3) zu mindestens zwei verschiedenen Zeitpunkten vergleicht und ein Warnsignal (Sw) an eine Warneinrichtung (8) abgibt, wenn die Intensität zum ersten Zeitpunkt (t2) unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes (T) ist und zum zweiten Zeitpunkt (t3) über den Schwellenwertes (T) angestiegen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (C) eingerichtet ist, die Intensität des Ausgangssignales (Sa) in regelmässigen Zeitabständen (t1, t2, t3...) festzustellen und das Warnsignal (Sw) festzuhalten, bis die Intensität wieder unter den Schwellenwert (T) abgesunken ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (C) eingerichtet ist, die Intensität des Ausgangssignales (Sa) zu mehreren Zeitpunkten festzustellen und ein Vorwarnsignal auszulösen, wenn die Intensität des Ausgangssignales (Sa) zu einem ersten und zu einem zweiten Zeitpunkt (t1; t2) unter einem vorgegebenen unteren Schwellenwert (T1) liegt bzw. diesen überstiegen hat, und ein Hauptsignal auszulösen, wenn die Intensität zu zwei weiteren Zeitpunkten (t5; t6) unter einem vorgegebenen zweiten, höheren Schwellenwert (T2) liegt bzw. diesen überschritten hat.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (C) ein Frequenzfilter (4) aufweist, dessen Frequenzdurchlassbereich dem Frequenzbereich der von dem festzustellenden Körperschallschwingungen (S) entspricht.

5. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4 zur Feststellung eines herannahenden, an einen Untergrund (1) als schalleitendes Medium Körperschallschwingungen (S) abgebenden Fahrzeuges (2).

6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (2) ein Schienenfahrzeug, z.B. ein Eisenbahnfahrzeug oder dergleichen ist, und dass als schallleitendes Medium wenigstens eine Schiene (1) dient, auf der sich das Fahrzeug bewegt.

7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass als schalleitendes Medium (1) mehrere Schienen dienen, auf denen sich dass Fahrzeug bewegt, und dass an jeder Schiene ein Körperschall-Aufnehmer (2) vorgesehen ist, wobei die Ausgangssignale (Sa) der Aufnehmer (2) in einer Torschaltung miteinander verbunden sind.

Claims

1. Arrangement for identifying an object (2) which is provided with a structure-borne sound sensor (3) for detecting the structure-borne sound (S) which is produced by the object (2) and transmitted in a sound-conducting medium (1) to the sensor (3), and with an evaluation circuit (C) which receives an output signal from the sensor (3) and delivers a warning signal (8) if this output signal meets predetermined criteria, characterised in that the evaluation circuit (C) comprises a comparator (7) which compares the intensity of the output signal (Sa) of the structure-borne sound sensor (3) at at least two different instants and delivers a warning signal (Sw) to a warning device (8) if the intensity is below a predetermined threshold value (T) at the first instant (t2) and has risen above the threshold value (T) at the second instant (t3).

2. Arrangement according to claim 1, characterised in that the evaluation circuit (C) is set up to determine the intensity of the output signal (Sa) at regular time intervals (t1, t2, t3...) and to maintain the warning signal (Sw) until the intensity has dropped below the threshold value (T) again.

3. Arrangement according to claim 2, characterised in that the evaluation circuit (C) is set up to determine the intensity of the output signal (Sa) at a plurality of instants and to trigger a preliminary warning signal if the intensity of the output signal (Sa) lies below a predetermined lower threshold value (T1) or has exceeded this at a first and at a second instant (t1; t2) and to trigger a main signal if the intensity lies below or has exceeded a predetermined second, higher threshold value (T2) at two further instants (t5; t6).

4. Arrangement according to one of claims 1 - 3, characterised in that the evaluation circuit (C) comprises a frequency-selective filter (4), the pass band of which corresponds to the frequency range of the structure-borne sound vibrations (S) to be identified.

5. Use of the arrangement according to one of claims 1 - 4 for identifying an approaching vehicle (2) transmitting structure-borne sound vibrations (S) to an underlying structure (1) as sound-conducting medium.

6. Use according to claim 5, characterised in that the vehicle (2) is a rail vehicle, e.g. a railway vehicle or similar, and that at least one rail (1) along which the vehicle moves serves as the sound-conducting medium.

7. Use according to claim 6, characterised in that a plurality of rails along which the vehicle moves serve as the sound-conducting medium (1), and that a structure-borne sound sensor (2) is provided on each rail, the output signals (Sa) of the sensors (2) being brought together in a gate circuit.

Revendications

1. Dispositif de repérage d'un objet (2) avec un capteur (3) de bruit structurel pour la détection du bruit structurel (S) produit par l'objet (2) et transmis au capteur (3) dans un milieu (1) conducteur du son, et avec un circuit d'exploitation (C) qui reçoit un signal de sortie du capteur (3) et émet un signal d'avertissement (8) quand ce signal de sortie répond à des critères prédéterminés,
caractérisé en ce que le circuit d'exploitation (C) présente un comparateur (7) qui compare l'intensité du signal de sortie (Sa) du capteur (3) de bruit structurel en au moins deux instants différents et émet un signal d'avertissement (Sw) vers un dispositif avertisseur (8) quand l'intensité au premier instant (t₂) est inférieure à une valeur de seuil (T) prédéterminée et quand au deuxième instant (t₃) elle a augmenté au delà de la valeur de seuil (T).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'exploitation (C) est agencé pour déterminer l'intensité du signal de sortie (Sa) à des intervalles de temps réguliers (t₁, t₂, t₃ ...) et pour maintenir le signal d'avertissement (Sw) jusqu'à ce que l'intensité soit redescendue sous la valeur de seuil (T).

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'exploitation (C) est agencé pour déterminer l'intensité du signal de sortie (Sa) à plusieurs instants et pour déclencher un signal d'avertissement préalable quand l'intensité du signal de sortie (Sa) se trouve, à un premier instant (t₁) et à un deuxième instant (t₂) sous une valeur inférieure de seuil (T1) prédéterminée ou a dépassé cette valeur, et pour déclencher un signal principal quand l'intensité se trouve, à deux autres instants (t₅; t₆), sous une deuxième valeur de seuil (T2) plus haute, prédéterminée, ou a dépassé celle-ci.

4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit d'exploitation (C) présente un filtre de fréquence (4) dont la bande passante correspond au domaine de fréquences des vibrations structurelles (S) à repérer.

5. Application du dispositif selon une des revendications 1 à 4 au repérage d'un véhicule (2) approchant en émettant des vibrations structurelles (S) sur un fond (1) en tant que milieu conducteur du son.

6. Application selon la revendication 5, caractérisée en ce que le véhicule (2) est un véhicule sur rails, par exemple un train de chemin de fer ou autre, et en ce qu'au moins un rail (1) sur lequel circule le véhicule, sert de milieu conducteur du son.

7. Application selon la revendication 6, caractérisée en ce que plusieurs rails sur lesquels circule le véhicule servent de milieu (1) conducteur du son, et en ce qu'un capteur (3) de bruit structurel est prévu sur chaque rail, les signaux de sortie (Sa) des capteurs (3) étant combinés ensemble dans un circuit à porte.

Zeichnung