Ultraschall-Überwachungssystem für eine Einbruchmeldeanlage

Abstract

 1. Ultraschall-Überwachungssystem für eine Einbruchmeldeanlage.
Ein Ultraschall-Bewegungsmelder weist zumindest einen Ultraschallsender (S1) und zumindest zwei Ultraschallempfänger (E1,E2) auf, die auf einen gemeinsamen Überwachungsbereich (ÜE) ausgerichtet sind. In einer zugehörigen Signalaufbereitungs- und Auswerteeinrichtung (SAE) wird aus den empfangenen Echosignalen (ES) mittels eines Mikrorechners (µR) die Entfernung (e) und Richtung (α) eines sich bewegenden Objekts (OB) ermittelt und daraus eine Bewegungsspur gebildet, wobei aus der Länge und Form der Bewegungsspur ein Kriterium für eine Alarmgabe (AL) abgeleitet wird. Dabei werden die Entfernung (e) aus den Laufzeitunterschieden und die Richtung (α) aus den Phasendifferenzen der aufbereiteten Echosignale ermittelt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall-Überwachungssystem für eine Einbruchmeldeanlage mit mindestens einem Ultraschall-Bewegungsmelder und einer Auswerteeinrichtung.

[0002] Zum Schutz von Räumen gegen unerlaubtes Eindringen von Personen werden u.a. auch häufig Bewegungsmelder nach dem Ultraschallprinzip eingesetzt. Dabei tritt das Problem auf, daß Störquellen, beispielsweise Insekten im Nahbereich, Luftschlieren, sich hin und her bewegende Gegenstände (Vorhänge, Blumenblätter) und auch Fremdgeräusche (aufquietschende Bremsen), zu Fehlalarmen führen. Zur Vermeidung bzw. Reduzierung derartiger Fehlalarme hat man bestimmte Auswertestrategien entwickelt, die aber in vielen Fällen dem Eindringling eine gewisse Erfolgsstrategie ermöglichen, z.B. wenn er mit dem sogenannten Pilgerschritt versucht, die Anlage zu überlisten. Ein weiteres Problem stellt die Funktionsprüfung derartiger Ultraschallbewegungsmelder dar, da ein Ausfall des Senders oder Empfängers aufgrund eines technischen Defekts oder beispielsweise durch ein gezieltes Abdecken des Erfassungsbereichs nicht immer erkannt wird.

[0003] Es sind verschiedene Ultraschall-Bewegungsmelder bekannt. Eine Vielzahl der derzeitig eingesetzten Ultraschallmelder arbeitet nach dem Dopplerprinzip. Bei diesem Verfahren wird ein Ultraschall-Dauerton mit fester Frequenz ausgestrahlt. Die Frequenz der reflektierten Signale werden ausgewertet. Treffen die Ultraschallwellen auf ein bewegtes Objekt, werden im reflektierten Signal neben der Sendefrequenz noch Signalanteile mit einer um die Dopplerfrequenz verschobenen Frequenz beobachtet. Die Frequenzverschiebung ist dabei proportional der Radialgeschwindigkeit des bewegten Objekts. Diese Tatsache wird zur Ableitung einer Alarmbedingung herangezogen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß Luftschlieren und sich hin und her bewegende Objekte zu häufigen Fehlalarmen führen.

[0004] In einem anderen Verfahren wird nicht das Auftreten von Dopplerfrequenzen ausgewertet, sondern es wird eine quantitative Auswertung der Phasenlage des reflektierten Signals zur Ermittlung eines radialen Nettoweges durchgeführt. Ein Alarm wird dabei nur ausgelöst, wenn das Objekt eine vorgegebene Strecke in Richtung auf den Sensor bzw. Ultraschallmelder zu oder vom Sensor weg zurückgelegt hat. Damit wird erreicht, daß Fehlalarme durch Luftschlieren und sich hin und her bewegende Objekte nahezu ausgeschlossen werden können. In nachteiliger Weise kann jedoch eine derartige Einbruchmeldeanlage von einem Eindringling überlistet werden, wenn er den sogenannten Pilgerschritt, d.h. zwei Schritte vor, einen zurück, oder durch sehr langsames Vorgehen überlistet. Ebenso können keine tangentialen Bewegungsrichtungen erkannt werden.

[0005] Einbruchmeldeanlagen, die nach den obengenannten Prinzipien arbeiten, haben folgende Nachteile. Es können Unempfindlichkeitsstellen bei großen Festzielen auftreten. Das Abdecken des Ultraschallmelders kann nicht sicher erkannt werden, ebenso wie der Ausfall des Senders bzw. Empfängers. Ferner werden Insekten im Nahbereich der Melder als Eindringlinge detektiert, so daß das Überwachungssystem viele Fehlalarme abgibt.

[0006] Verbesserungen brachte ein Ultraschall-Überwachungssystem, bei dem kurze Ultraschallpulszüge ausgesendet werden. Die empfangenen Echos des Impulses werden nach Laufzeit geordnet ausgewertet. Hierdurch erhält man ein Ultraschallprofil des Raumes. Über die Laufzeit der Echos kann man die Entfernung eines Objekts zum Ultraschallmelder bestimmen. Bei einfacheren Verfahren wird lediglich die Amplitude der Echos in Abhängigkeit von der Laufzeit bewertet, während bei aufwendigeren Verfahren zusätzlich noch die Phasenlage ausgewertet wird. Eine Einbruchmeldeanlage, die nach diesem System arbeitet, kann radiale Bewegungen, d.h. Bewegungen auf den Melder zu oder vom Melder weg sehr gut detektieren. Dabei ist es möglich, Objekte, die im Nahbereich des Melders erkannt werden, zu eliminieren, so daß die Fehlalarmraten reduziert werden können. Dieses bekannte Sytem reagiert jedoch nur sehr schwach auf tangentiale Bewegungsrichtungen.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ultraschall-Überwachungssystem für eine Einbruchmeldeanlage so weiterzubilden, daß die obengenannten Nachteile vermieden werden können, und daß ein sicheres und zuverlässiges Detektieren eines Eindringlings gewährleistet ist, wobei Störungen oder Manipulationen erkannt werden und die Fehlalarmrate verringert werden kann.

[0008] Diese Aufgabe wird bei einem eingangs genannten Ultraschall-Überwachungssystem dadurch gelöst, daß zumindest ein Ultraschallsender und zumindest zwei Ultraschallempfänger auf einen gemeinsamen Überwachungsbereich ausgerichtet sind, daß in einer zugehörigen Signalaufbereitungs- und Auswerteeinrichtung aus den empfangenen Echosignalen mittels eines Mikrorechners die Entfernung und Richtung eines sich bewegenden Objekts ermittelt und daraus eine Bewegungsspur gebildet wird, und daß aus der Länge und Form der Bewegungsspur ein Kriterium für eine Alarmgabe abgeleitet wird. Dabei wird zweckmäßigerweise die Entfernung aus den Laufzeitunterschieden und die Richtung aus den Phasendifferenzen der empfangenen und elektronisch aufbereiteten Echosignalen ermittelt.

[0009] Das erfindungsgemäße Ultraschall-Überwachungssystem weist neben einem Ultraschallsender zwei Mikrofone auf, die die Echosignale empfangen und zur weiteren Verarbeitung einer Signalaufbereitungs- und Auswerteeinrichtung zuführen. Zweckmäßigerweise wird vom Ultraschallsender ein kurzer Impulszug von sinusförmigen Signalen ausgesandt und die zurückkommenden Echos werden elektronisch aufbereitet und in kurzen Zeitabständen digitalisiert und dann in einem Auswerterechner weiterverarbeitet. Wenn die vom Ende des Erfassungsbereichs kommenden Echos eingetroffen sind, wird der nächste Sendepulszug ausgesandt. Dabei ist dieser Zeitabstand von der Tiefe des Überwachungsraumes abhängig.

[0010] Zur elektronischen Aufbereitung durchlaufen die Empfangssignale einen regelbaren Verstärker, Mischstufen und Integrierer. Am Ausgang der Integrierer stehen für jeden Zeitabschnitt, dessen Zeit in Abhängigkeit von der gewünschten Ortsauflösung bestimmt wird, beispielsweise vier Meßwerte zur Verfügung, aus denen im Mikrorechner Amplitude und Phasenlage des Empfangssignals für beide Mikrofone bzw. Empfänger berechnet werden. Befindet sich beispielsweise ein Objekt in der Symmetrieebene vor den beiden Mikrofonen, so sind die Echos in beiden Mikrofonen bezüglich Amplitude und Phase gleich. Bei Objekten außerhalb der Symmetrieebene treten kleine Laufzeitunterschiede der Echos zu den Mikrofonen auf, die sich als unterschiedliche Phasenlagen messen lassen. Aus der Phasendifferenz der Echos wird die Richtung und aus der Laufzeit wird die Entfernung eines Objekts berechnet. Auf diese Weise werden Fehlalarme durch sich hin und her bewegende Objekte vermieden, da im wesentlichen ortsfeste Objekte als solche erkannt werden und eliminiert werden können.

[0011] Bei einer Querbewegung relativ zum Melder, d.h. bei einer tangentialen Bewegungsrichtung eines Eindringlings, ändert sich die Phasenlage in den beiden Mikrofonen, so daß auch diese Bewegungen detektiert werden.

[0012] Um ein sicheres Detektieren eines Objekts in größerer Entfernung sicherzustellen, wird der Verstärker der Echosignale in seiner Empfindlichkeit zeitabhängig gesteuert. Ein Sabotageversuch durch Abdecken des Systems, d.h. des Senders oder/und der Empfänger, wird ebenso erkannt wie der Ausfall des Senders/Empfängers, weil die Echoprofile verschwinden und daher eine Störung erkannt und angezeigt wird.

[0013] Das erfindungsgemäße Ultraschall-Überwachungssystem wird anhand der Zeichnungen kurz erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung von Sender und Empfängern,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für eine mögliche Signalaufbereitungs- und Auswerteeinrichtung, und

Fig. 3 und 4 entsprechende Zeitdiagramme.

[0014] Wie in Fig.1 angedeutet, sendet ein Sender S1 in bestimmten Zeitabständen, z.B. alle 60 msec., kurze Pulszüge von sinusförmigen Signalen aus. Die vom Überwachungsbereich ÜB reflektierten Echosignale werden bei diesem Ausführungsbeispiel mit zwei Ultraschallempfängern E1, E2 (Mikrofonen) empfangen. Ein im Überwachungsbereich ÜB befindliches Objekt OB wird dabei nach Richtung α µ. Entfernung e ermittelt, wie im folgenden noch erläutert wird.

[0015] Für die Bearbeitung und Auswertung der empfangenen Echosignale kann eine Signalaufbereitungs- und Auswerteeinrichtung SAE vorgesehen werden, wie sie im Blockschaltbild gemäß der Fig.2 angedeutet ist. Die Sendeimpulse IP werden vom Sender S1 in den Überwachungsbereich ÜB gesendet. Dabei erfolgt die Takterzeugung und die Steuerung der Sendeimpulse in einer Takterzeugungs- und Steuereinrichtung TS, die vom Mikrorechner µR beaufschlagt ist. Die Sendeimpulse werden dabei vorher noch vom Verstärker V3 verstärkt. Die Empfangssignale bzw. Echosignale ES gelangen über zwei Empfänger E1 und E2 und nachgeschalteten Verstärkern V1 und V2 in die Signalaufbereitungs- und Auswerteeinrichtung SAE. Die Empfangssignale werden jeweils mit einem Vorverstärker V1 und V2 und dann mit einem nachgeordneten regelbaren Verstärker STC1 und STC2 verstärkt. In den Zeitdiagrammen nach Fig .3 und 4 sind der Sendeimpulszug IP (1), das Empfangssignal ES (2) und verschiedene Steuer- und bearbeitete Empfangssignale dargestellt. Die Steuerung der geregelten Verstärker STC1, STC2, erfolgt von der Takterzeugungs- und Steuereinrichtung TS. Das hierfür nötige Steuersignal ist mit (3) bezeichnet und im Diagramm in Fig.3 unter (3) dargestellt. Das aus dem regelbaren Verstärker STC1 erhaltene Empfangsecho ist mit (4) bezeichnet, in Fig.3 unter (4) dargestellt, gelangt an die jeweils zugehörigen Mischstufen, z.B. vom Empfänger E1 an die Mischstufen M1 und M2. Diese Mischstufen M1 bis M4 sind ebenfalls von der Takterzeugungs- und Steuereinrichtung TS gesteuert. Die Steuersignale sind mit (8) und (10) bezeichnet und im Zeitdiagramm gemäß Fig.4 dargestellt. Die von den jeweiligen Mischern M1 und M2 erhaltenen Echosignale mit (9) und (11) bezeichnet, werden in zugehörigen Integrierern I1 und I2, die ebenfalls von der Takterzeugungs- und Steuerlogik TS gesteuert (7) sind, integriert und auf Sample/Hold-Einrichtungen SH1, SH2 gegeben. Die integrierten Empfangsechos (12) und (13) werden digitalisiert und im Mikrorechner µR verarbeitet. Dazu gelangen die Signale vom Ausgang der Sample/Hold-Einrichtung SH1, SH2 an einen Analog-Digital-Wandler mit Multiplexer ADC/MUX. Die Takterzeugungsund Steuereinrichtung TS steuert (5) sowohl die Sample/Hold-Einrichtung SH1 bis SH4 als auch den Analog/Digital-Wandler (6). Die entsprechenden Steuersignale (5), (6) sind ebenfalls im Zeitdiagramm gezeigt. Dabei stellt das Zeitdiagramm gemäß Fig. 4 einen Ausschnitt A des Diagramms nach Fig.3 dar.

[0016] Die elektronisch aufbereiteten Echosignale und im Mikrorechner ausgewerteten Signale erlauben, einen Eindringling (Objekt) nach Entfernung und Richtung zu detektieren und somit seine Bewegungsspur aufzuzeichnen, so daß aus der Länge und Form der Bewegungsspur eine Alarmbedingung abgeleitet werden kann, die zur Alarmgabe (AL) führt.

Ansprüche

1. Ultraschall-Überwachungssystem für eine Einbruchmeldeanlage mit mindestens einem Ultraschall-Bewegungsmelder und einer Auswerteeinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ultraschallsender (S1) und zumindest zwei Ultraschallempfänger (E1,E2) auf einen gemeinsamen Überwachungsbereich (ÜE) ausgerichtet sind,
daß in einer zugehörigen Signalaufbereitungs- und Auswerteeinrichtung (SAE) aus den empfangenen Echosignalen (ES) mittels eines Mikrorechners (µR) die Entfernung (e) und Richtung (α) eines sich bewegenden Objekts (OB) ermittelt und daraus eine Bewegungsspur gebildet wird,
und daß aus der Länge und Form der Bewegungsspur ein Kriterium für eine Alarmgabe (AL) abgeleitet wird.

2. Ultraschall-Überwachungssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung (e) aus den Laufzeitunterschieden und die Richtung (α) aus den Phasendifferenzen der aufbereiteten Echosignale ermittelt werden.

3. Ultraschall-Überwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsender (S1) in vorgebbaren Zeitabständen (ta) kurze Pulszüge (IP) von sinusförmigen Signalen aussendet, daß die Ultraschallempfänger (E1,E2) die Echosignale (ES) an die Signalaufbereitungs- und Auswerteeinrichtung (SAE) geben, und daß die aufbereiteten Signale innerhalb eines relativ kurzen Zeitabschnitts (ts) digitalisiert (ADC/MUX) und an den Mikrorechner (µR) zur Auswertung gegeben werden.

4. Ultraschall-Überwachungssystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der vorgebbare Zeitabstand (ta) in Abhängigkeit von der Länge (Tiefe) des überwachten Raumes (ÜB) gebildet ist.

5. Ultraschall-Überwachungssystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der kurze Zeitabschnitt (ts) in Abhängigkeit von der Ortsauflösung gebildet ist.

6. Ultraschall-Überwachungssystem nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalaufbereitungs- und Auswerteeinrichtung (SAE) jeweils von den Echosignalen (ES) beaufschlagte, regelbare Verstärker (STC1, STC2) jeweilige nachgeschaltete Mischstufen (M1 bis M4) mit nachgeordneten Integrierern (I1 bis I4) sowie Sample-andHold-Einrichtungen (SH1 bis SH4) und diesen nachgeschaltete einen A/D-Wandler mit Multiplexer (ADC/MUX) und einen Mikrorechner (µR) aufweist, der eine Takterzeugungs- und Steuereinrichtung (TS) beaufschlagt.

7. Ultraschall-Überwachungssystem nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der regelbare Verstärker (STC1,STC2) eine zeitabhängig steuerbare (3) Empfindlichkeitsstufe aufweist.

8. Ultraschall-Überwachungssystem nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallempfänger (E1,E2) in einem sehr geringen Abstand (a) zueinander angeordnet sind, wobei der Abstand (a) kleiner als oder gleich der halben Wellenlänge der Sendeimpulse (IP) ist.

Zeichnung