Vorrichtung zur Überwachung eines elektronischen Sicherungselementes in einer Abfragezone

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine zur Überwachung eines elektronischen Sicherungselementes (2) in einer Abfragezone (3), bestehend aus einer Sendeeinrichtung (4), die zumindest ein periodisches Abfragesignal in die Abfragezone (3) aussendet, wobei das Abfragesignal das Sicherungselement (2) zur Aussendung eines Erkennungssignals anregt, einer Empfangseinrichtung (5) mit zumindest einem Empfangskanal, die das Erkennungssignal empfängt, und einer Rechen-/Regeleinheit (7), die die von der Empfangseinrichtung (5) empfangenen Signale auswertet und bei Identifizierung des Sicherungselementes (2) einen Alarm auslöst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung (1) vorzuschlagen, die das Erkennen von Artikeln (6), die mit elektronisch detektierbaren Sicherungselementen (2) ausgestattet sind, innerhalb einer Abfragezone (3) verbessert.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rechen-/Regeleinheit (7) anhand der empfangenen Signale (r(s)) der einzelnen Empfangskanäle Störpulse erkennt, von den Störpulsen in einem selbst-lernenden Prozeß eine entsprechende Signalform erstellt und die empfangenen Signale (r(s)) von den ermittelten Störpulsen befreit.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines elektronischen Sicherungselementes in einer Abfragezone, bestehend aus einer Sendeeinrichtung, die zumindest ein periodisches Abfragesignal in die Abfragezone aussendet, wobei das Abfragesignal das Sicherungselement zur Aussendung eines Erkennungssignals anregt, einer Empfangseinrichtung mit zumindest einem Empfangskanal, die das Erkennungssignal empfängt, und einer Rechen/Regeleinheit, die die von der Empfangseinrichtung empfangenen Signale auswertet und bei Identifizierung des Sicherungselementes einen Alarm auslöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sowohl zur Überwachung von Resonanzfrequenz-Sicherungselementen als auch zur Überwachung von elektromagnetischen Sicherungelementen geeignet.

[0002] Zur Detektierung von elektromagnetischen Sicherungselementen in einer Abfragezone wird in der EP 123 586 B vorgeschlagen, zusätzlich zu zwei Abfragefelder mit den Frequenzen F1 und F2 im kHz-Bereich ein Feld mit einer im Hz-Bereich liegenden Frequenz F3 in die Abfragezone zu senden. Die beiden Abfragefelder mit den Frequenzen F1 und F2 regen ein in der Abfragezone befindliches Sicherungselement zur Aussendung eines charakteristischen Signals mit den Intermodulationsfrequenzen

(n, m = 0, 1, 2,...) an. Das niederfrequente Abfragefeld bewirkt, daß das Sicherungselement im Takt dieses Feldes von der Sättigung in eine Richtung zur Sättigung in die andere Richtung getrieben wird. Das Erkennungssignal tritt daher periodisch mit der Frequenz des niederfrequenten Feldes auf.

[0003] Als alternative Lösung ist auch bekannt geworden, lediglich ein im kHz-Bereich liegendes Abfragefeld zur Erregung des Sicherungselementes zu verwenden, wobei das Erkennungssignal des Sicherungselementes wiederum im Takte eines niederfrequenten Feldes, das das weichmagnetische, nichtlineare Material zwischen den beiden Sättigungen hin- und hertreibt, auftritt.

[0004] Störpulse, also hochfrequente Signale mit einer Bandbreite, die größer ist als die des Erkennungssignals eines Sicherungselements, werden von verschiedenen Störquellen erzeugt. Als Beispiele seien Pulse genannt, die von Motoren, Fernsehmonitoren oder vorbeifahrenden Straßenbahnen verursacht werden. Diese Störpulse führen zu einer Verringerung der Empfindlichkeit des Überwachungssystems für elektronische Sicherungselemente. Darüber hinaus können sie auch einen Fehlalarm in dem elektronischen Überwachungssystem auslösen. Ein derartiger Fehlalarm ist natürlich äußerst unerwünscht, da er sowohl das Personal als auch die Kunden verwirrt oder verärgert.

[0005] Zur Vermeidung beider Nachteile, die sich aufgrund des Auftretens von Störpulsen ergeben, ist bislang lediglich bekannt geworden, der Rechen-/Regeleinheit feste Störpulsmuster vorzugeben. In der Praxis bedeutet dies, daß ein Störpuls, der die Form eines bekannten Störpulses besitzt, von den empfangenen Signalen entfernt werden kann, nicht jedoch ein Störpuls mit einer davon abweichenden Form. Letzterer vermindert auch weiterhin die Empfindlichkeit der Überwacungsvorrichtung und stellt auch weiterhin eine Gefahrenquelle für einen Fehlalarm dar. Die gleiche Wirkung zeigt sich übrigens, wenn die Filterung der Empfangsvorrichtung nicht exakt justiert ist oder wenn die Induktivität oder der Q-Faktor der Empfangsspulen außerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegen.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die das Erkennen von Artikeln, die mit elektronisch detektierbaren Sicherungselementen ausgestattet sind, innerhalb einer Abfragezone verbessert.

[0007] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rechen/Regeleinheit anhand der empfangenen Signale der einzelnen Empfangskanäle Störpulse erkennt, von den Störpulsen in einem selbst-lernenden Prozeß eine entsprechende Signalform erstellt und die empfangenen Signale von den ermittelten Störpulsen befreit. Damit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu geeignet, unterschiedlichste Formen von auftretenden Störpulsen zu analysieren und nachfolgend von den empfangenen Signalen zu entfernen.

[0008] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Rechen-/Regeleinheit einen Störpuls während einer Initialisierungsphase folgendermaßen ermittelt: nach Einschalten von Sendevorrichtung und Empfangsvorrichtung werden die empfangenen Signale über mehrere Zyklen gespeichert (der Zyklus ist -beispielsweise bezogen auf das in der Einleitung beschriebene Überwachungssystem- durch das niederfrequente Abfragefeld vorgegeben) und auf mögliche Störpulse hin untersucht. Für den Fall, daß zumindest ein Störpuls innerhalb des beobachteten Zeitintervalls aufgefunden wird, wird ein Mittelwert des Störpulses über mehrere Zyklen gebildet; von dem Mittelwert des Störpulses wird der Gleichspannungsanteil dc_Mittelwert subtrahiert, wobei dc_Mittelwert definiert ist als:

wobei i der Anzahl der Meßwerte innerhalb des Störpulses entspricht; i nimmt also die Werte von i=0 bis i=Pulslänge minus 1 an. Anschließend errechnet die Rechen-/Regeleinheit die Energie des Störsignals und speichert die gewonnene Information. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Rechen-/Regeleinheit die Energie se (= Energie_Puls) des Störpulses nach folgender Formel berechnet:

[0009] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung speichert die Rechen-/Regeleinheit nach Abschluß der Initialisierungsphase die empfangenen Signale (r(s)) über einen Zyklus; sukzessive vergleicht sie Testsignale der Pulslänge (i) für s=0 bis s=(Ende minus Pulslänge) mit dem während der Initialisierungsphase ermittelten Störsignal bzw mit den während der Initialisierungsphase ermittelten Störsignalen. Das in dem selbstlernenden Prozeß ermittelte Störsignal wird von dem jeweils betrachteten Testsignal der Pulslänge (i) entfernt, wenn die Übereinstimmung zwischen dem Testsignal und dem vorgegebenen Störsignal einen vorgegebenen Wert erreicht oder überschreitet.

[0010] Um die Störpulse, deren Signalform während der Initialisierungsphase ermittelt worden ist und die in den empfangenen Signalen nachfolgend in unregelmäßigen Abständen auftreten, zu erkennen, unterzieht die Rechen/Regeleinheit die Testsignale vorteilhafterweise der folgenden Korrelation:

[0011] Der Gleichspannungsanteil rdc der Testsignale wird mittels der Rechen-/Regeleinheit nach folgender Formel berechnet:

[0012] Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, einen Störpuls über einen Vergleich der Energie des vermutlichen Störpulses mit der Energie des korrelierten Signals zu identifizieren. Hierzu berechnet die Rechen-/Regeleinheit die Energie der empfangenen Signale folgendermaßen:

[0013] Anschließend bestimmt sie den Signalanteil nach folgender Beziehung:

[0014] Stimmen die Signalformen miteinander überein, so erreicht der Signalanteil(s) seinen maximalen Wert 1. Werte kleiner als 1 kennzeichnen Signalformen deren Ähnlichkeit mit der während der Initialisierungsphase ermittelten Störpulsform geringer ist.

[0015] Um sicherzugehen, daß es sich bei dem vermutlichen Störsignal um ein tatsächliches Störsignal handelt, wird das Störsignal von den empfangenen Signalen nur dann entfernt, wenn der über die Energien ermittelte Signalanteil (s) oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt. Vorteilhafterweise liegt dieser Schwellenwert bei 0.9.

[0016] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektierung eines mit einem Sicherungselement versehenen Artikels in einer Abfragezone und

Fig. 2: ein Blockschaltbild einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 3: ein Flußdiagramm eines vorteilhaften Programms zur Ansteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

[0017] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Detektierung eines mit einem Sicherungselement 2 versehenen Artikels in einer Abfragezone 3. Die Abfragezone 3 wird von zwei im wesentlichen parallel aufgestellten Detektorgattern gebildet, die die Sendevorrichtung 4 und die Empfangsvorrichtung 5 enthalten. Selbstverständlich können beide Vorrichtungen 4, 5 auch in einem Detektorgatter untergebracht sein. Die Steuerung der Überwachungsvorrichtung 1 sowie die Auswertung der Meßwerte erfolgt mittels der Rechen-/Regeleinrichtung 7.

[0018] In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Überwachungssystems für elektromagnetische Sicherungselemente (2) dargestellt. Die beiden Sendeantennen der Sendevorrichtung 4 senden magnetische Abfragefelder mit den Frequenzen F1, F2 und F3 in die Abfragezone 3. Diese Abfragefelder werden von einem spannungsgesteuerten Oszillator 8 erzeugt und über die Verstärker 10 verstärkt. Durch die Abfragesignale wird das elektromagnetische Sicherungselement 2, das im wesentlichen aus einem Metall mit nicht-linearen magnetischen Eigenschaften besteht, zur Aussendung von Erkennungssignalen im Takte des niederfrequenten (F3) Abfragefeldes angeregt. Durch das niederfrequente Abfragefeld F3 wird ein Zyklus bestimmt. Die von der Empfangsvorrichtung 5 empfangenen Signale r(s) werden verstärkt (Verstärker 11) und über den Analog-Digital-Wandler 9 der Rechen-/Regeleinheit 7 zwecks Auswertung zugeleitet.

[0019] Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm eines vorteilhaften Programms zur Ansteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Das Programm startet bei Punkt 12; bei Punkt 13 werden sowohl die Sendevorrichtung 4 als auch die Empfangsvorrichtung 5 aktiviert. Die empfangenen Signale r(s) werden -wie unter Programmpunkt 14 aufgeführt- über mehrere Zyklen m gespeichert, wobei m eine ganze Zahl ist. Bei 15 werden die empfangenen Signale r(s) nach möglichen Störpulsen abgesucht, wobei pro Empfangskanal ein Störpulsmuster für jeden auftretenden Störpuls gebildet wird (Punkt 16). Bei Programmpunkt 17 wird eine Kopie des Störpulsmusters mit subtrahiertem Gleichspannungsanteil hergestellt. Unter Programmpunkt 18, bei dem eine Berechnung der Energie se(i) der einzelnen Störpulse erfolgt, wird die Initialisierungsphase beendet.

[0020] Mit Punkt 19 beginnt dann das eigentliche Steuerprogramm, das bei Programmpunkt 29 endet und dann in einer Schleife wiederum zum Punkt 19 zurückkehrt. Bei Punkt 19 werden die während eines Zyklus' empfangenen Signale gespeichert; anschließend werden unter Programmpunkt 20 von den gespeicherten, empfangenen Signalen r(s) sukzessive - beginnend bei s=0 und endend bei s=Ende minus Pulslänge (i) - Testsignale der Pulslänge (i) gebildet. Diese Testsignale für s = 0 werden bei Programmpunkt 21 folgendermaßen ausgewertet:

[0021] Bei Punkt 22 wird der Gleichspannungsanteil der Testsignale nach folgender Formel berechnet:

[0022] Unter Programmpunkt 23 bestimmt die Rechen-/Regeleinheit 7 die Energie de der Testsignale gemäß folgender Formel:

[0023] Beim nachfolgenden Programmpunkt 24 wird der Signalanteil der Testsignale nach folgender Formel bestimmt:

[0024] Liegt dieser Signalanteil (für s=0) oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes (üblicherweise liegt dieser Schwellenwert bei 0.9), wird davon ausgegangen, daß innerhalb des untersuchten Intervalls ein Störpuls auftritt. Dann wird der Störpuls multipliziert mit dem Amplitudenfaktor cr/se von den empfangenen Signalen subtrahiert (Programmpunkt 25). Bei Programmpunkt 26 werden dann die nächsten Testsignale derselben Prozedur unterzogen (s=1, usw), und das Programm durchläuft wiederum die Programmpunkte 21 bis 25. Sobald alle Gruppen von Testsignalen berücksichtigt worden sind, werden bei 27 die von dem Störsignal/den Störsignalen befreiten empfangenen Signale r'(s) über einen Tiefpaß gefiltert. Diese Datenreduktion erhöhte die Rechnergeschwindigkeit.

[0025] Unter Programmpunkt 28 werden die korrigierten empfangenen Signale r'(s) auf ein Erkennungssignal eines Sicherungselementes 2 hin überprüft. Liefert diese Überprüfung ein positives Ergebnis, wird bei Programmpunkt 29 ein Alarm aktiviert. Nach Beendigung der Überprüfung kehrt das Steuerprogramm auf Programmpunkt 19 zurück und startet den nachfolgenden Überwachungs- und Korrekturzyklus.

Bezugszeichenliste

[0026] 

1

Überwachungsvorrichtung

2

Sicherungselement

3

Abfragezone

4

Sendevorrichtung

5

Empfangsvorrichtung

6

Artikel

7

Rechen-/Regeleinrichtung

8

Oszillator

9

Analog-Digital-Wandler

10

Verstärker

11

Demodulator

12

Störquelle

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Überwachung eines elektronischen Sicherungselementes in einer Abfragezone, bestehend aus einer Sendeeinrichtung, die zumindest ein periodisches Abfragesignal in die Abfragezone aussendet, wobei das Abfragesignal das Sicherungselement zur Aussendung eines Erkennungssignals anregt, einer Empfangseinrichtung mit zumindest einem Empfangskanal, die das Erkennungssignal empfängt, und einer Rechen-/Regeleinheit, die die von der Empfangseinrichtung empfangenen Signale auswertet und bei Identifizierung des Sicherungselementes einen Alarm auslöst,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rechen-/Regeleinheit (7) anhand der empfangenen Signale (r(s)) der einzelnen Empfangskanäle Störpulse erkennt,

daß sie die Signalformen der Störpulse in einem selbstlernenden Prozeß ermittelt und nachfolgend die empfangenen Signale (r(s)) von den ermittelten Störpulsen befreit.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rechen-/Regeleinheit (7) einen möglichen Störpuls während einer Initialisierungsphase folgendermaßen ermittelt: nach Einschalten von Sendevorrichtung (4) und Empfangsvorrichtung (5) werden die empfangenen Signale (r(s)) über mehrere Zyklen gespeichert und nach möglichen Störpulsen abgesucht;

im Falle des Auffindens von mindestens einem Störpuls wird ein Mittelwert des Störpulses über mehrere Zyklen gebildet; von dem Mittelwert des Störpulses wird der Gleichspannungsanteil dc_Mittelwert subtrahiert, wobei dc_Mittelwert definiert ist als:

wobei i der Anzahl der Meßwerte des Störpulses entspricht;

die Energie des Störsignals (se(s)) wird bestimmt;

die Information über das Störsignal wird gespeichert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rechen-/Regeleinheit (7) die Energie se (= Energie_Puls) des Störpulses nach folgender Formel berechnet:

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rechen-/Regeleinheit (7) nach Abschluß der Initialisierungsphase die empfangenen Signale (r(s)) über einen Zyklus speichert,

daß sie sukzessive für s=0 bis s=(Ende - Pulslänge) Testsignale der Pulslänge (i) aus den empfangenen Signalen herausgreift und mit dem/den während der Initialisierungsphase ermittelten Störsignal/Störsignalen vergleicht und

daß sie das Störsignal von den jeweils betrachteten Signalen der Pulslänge (i) entfernt, wenn die Übereinstimmung zwischen den Testsignalen und dem/den vorgegebenen Störsignal/Störsignalen einen vorgegebenen Wert erreicht oder überschreitet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rechen-/Regeleinheit (7) die gespeicherten Testsignale der folgenden Korrelation unterzieht:

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rechen-/Regeleinheit (7) den Gleichspannungsanteil der Testsignale nach folgender Formel berechnet:

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rechen-/Regeleinheit die Energie der jeweiligen Testsignale folgendermaßen berechnet:

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rechen-/Regeleinheit (7) die Signalformen von Testsignalen und Störpulsen miteinander nach der folgenden Formel vergleicht:

9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rechen-/Regeleinheit (7) den Störpuls von den empfangenen Signalen subtrahiert, wenn der Signalanteil (s) oberhalb des Schwellenwertes liegt.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rechen-/Regeleinheit (7) die korrigierten empfangenen Signale über einen Tiefpaß filtert.

Zeichnung